bab 2. respon organisme

1

Bab 2. Respon Organisme terhadap Lingkungan

Hukum MinimumHukum ToleransiInteraksi Gabungan Faktor PembatasSyarat Sebagai Faktor PengaturFaktor Fisik Sebagai Faktor PembatasAplikasi respon organisme

Respon Organisme terhadap Lingkungan

Dalam merespon faktor abiotik dari lingkungan, organisme mengikuti aturan: Hukum minimum Hukum toleransi Mekanisme faktor pembatas. Hasil dari interaksi organisme dengan

lingkungannya berupa distribusi.

2

3

Hukum Minimum

Pada keadaan yang kritis, bahan bahan pendukung kehidupan suatu organisme yang tersedia dalam jumlah minimum bertindak sebagai faktor pembatas.

Justus Liebig (1840) menemukan hasil tanaman tidak ditentukan oleh unsur hara N,P, K yang diperlukan dalam jumlah banyak tetapi oleh mineral seperti magnesium yang diperlukan dalam jumlah sedikit oleh tanaman.

Hukum Minimum

4

Hukum Minimum

Temuan ini dikenal sebagai Hukum Minimum Liebig.

Bukan hanya unsur hara N,P,K yang dapat bertindak sebagai faktor pembatas, tetapi materi kimiawi lainnya seperti oksigen, fosfor untuk proses pertumbuhan dan reproduksi.

Hukum minimum Liebig telah diterapkan pada program pengendalian lingkungan terhadap organisme.

5

6

Hukum Minimum

Temuan ini dikenal sebagai Hukum Minimum Liebig.

Bukan hanya unsur hara N,P,K yang dapat bertindak sebagai faktor pembatas, tetapi materi kimiawi lainnya seperti oksigen, fosfor untuk proses pertumbuhan dan reproduksi.

Hukum minimum Liebig telah diterapkan pada program pengendalian lingkungan terhadap organisme.

7

Hukum Minimum

Namun, hukum minimun Liebig hanya dapat diterapkan pada habitat atau ekosistem dengan arus energi dan materi yang masuk seimbang dengan yang keluar.

Fosfor merupakan faktor pembatas bagi organisme perairan. Meningkatnya nutrien seperti nitrogen dan fosfor diperairan disebut proses eutropikasi.

Hukum Minimum

Pencegahan eutropikasi dapat dengan mengurangi kandungan bahan organik dan unsur hara di perairan sehingga pertumbuhan organisme seperti phytoplankton dan makrophyta terhambat.

8

9

Hukum Toleransi Shelford

Kegagalan suatu organisme dalam mempertahankan hidupnya dapat ditentukan oleh kekurangan atau kelebihan (kuantitatif dan kualitatif) beberapa faktor lingkungan yang mendekati batas toleransinya.

Bukan hanya dalam jumlah sedikit atau rendah yang bersifat membatasi tetapi juga dalam jumlah yang berlebihan atau tinggi, seperti sinar matahari.

10

Hukum Toleransi Shelford

Kisaran minimum merupakan batas batas toleransi digambarkan sebagai Hukum Toleransi Shelford (1913).

Dengan mengetahui kisaran toleransi suatu organisme dapat diketahui keberadaan dan penyebaran (distribusi) organisme tersebut.

Hukum Toleransi Shelford

11

Hukum Toleransi Shelford

12

13

Hukum Toleransi Shelford

Beberapa asas tambahan : Organisme dapat memiliki kisaran toleransi

yang lebar untuk satu faktor dan sempit untuk faktor yang lain

Organisme yang memiliki kisaran toleransi yang lebar untuk beberapa faktor akan memiliki penyebaran geografis yang luas

Kisaran toleransi terhadap suatu faktor dapat berkurang karena faktor lainnya seperti kekurangan nitrogen mengakibatkan menurunnya kisaran toleransi terhadap kekeringan.

14

Hukum Toleransi Shelford

Kisaran toleransi akan berkurang karena interaksi antar populasi seperti pemangsa, parasit dan persaingan. Interaksi menyebabkan organisme tidak dapat memanfaatkan keadaan alam secara optimal.

Periode reproduktif merupakan periode yang renta. Tingkatan kehidupan dari biji, telur, embrio, kecambah atau larva lebih renta terhadap faktor faktor lingkungan daripada tingkatan dewasa.

15

Hukum Toleransi Shelford

Istilah yang digunakan dalam menggambarkan kisaran toleransi : steno : sempit dan eury : lebar stenothermal – eurythermal (temperatur)

Telur ikan stenothermal (0 – 12 oC), Telur katak eurythermal (0 - 30 oC).

stenohaline – euryhaline (salinitas) Ikan salmon euryhaline (tawar – laut), ikan mas stenohaline (tawar)

stenophagik – euryphagik (makanan) Kelinci stenophagik (rumput), kambing euryphagik (rumput, perdu, semak dll).

16

Hukum Toleransi Shelford

17

Hukum Toleransi Shelford

Organisme berusaha menyesuaikan diri dengan lingkungannya untuk menggurangi pengaruh faktor faktor lingkungan. Usaha ini merupakan faktor kompensasi dari suatu organisme

Faktor kompensasi terlihat effetif pada tingkat komunitas. Pada tingkat spesies akan terlihat pada populasi yang menyesuaikan diri dengan lingkunganya yang disebut dengan EKOTIPE

18

Hukum Toleransi Shelford

EKOTIPE merupakan populasi yang mampu menyesuaikan diri dengan lingkungannya.

Kompensasi terhadap temperatur atau sinar bisa sampai tingkat genetik (perubahan morfologi) atau hanya tingkat aklimatisasi secara fisiologis.

19

Interaksi Gabungan Faktor Pembatas

Dengan menggabungkan konsep hukum minimum dan konsep toleransi, maka dapat dipahami konsep faktor pembatas (limiting factor).

Faktor pembatas (limiting factor) dapat diartikan sebagai keadaan yang mendekati atau melampaui ambang batas toleransi suatu kondisi.

Faktor pembatas suatu organisme mencakup kisaran minimum atau maksimum dari faktor-faktor abiotik suatu ekosistem. Misal : Suhu, cahaya, pH yang terlalu rendah (minimum) atau terlalu tinggi (maksimum).

20

Interaksi Gabungan Faktor Pembatas

Kehidupan suatu organisme di alam dikendalikan oleh : Jumlah dan keragaman material

(senyawa) yang esensial yang harus ada dalam jumlah minimum.

Faktor-faktor fisik yang kritis Batas-batas toleransi organisme itu

sendiri

21

Interaksi Gabungan Faktor Pembatas

Bagi organisme dengan kisaran toleransi yang lebar (eury) terhadap faktor abiotik X yang relatif konstant bukan merupakan faktor pembatas, sehingga organisme tersebut dapat hadir dalam jumlah banyak.

Sebaliknya, bagi organisme dengan toleransi yang sempit (steno) terhadap faktor abiotik (Y) yang selalu berubah akan menjadi “faktor pembatas” sehingga akan hadir dalam jumlah sedikit

22

Interaksi Gabungan Faktor Pembatas

Contohnya Kandungan O2 di udara dalam jumlah banyak dan konstan bukan merupakan faktor pembatas organisme darat.

Sebaliknya, kandungan O2 terlarut di perairan, terdapat dalam jumlah sedikit dan jumlahnya selalu berubah-ubah, menjadi faktor pembatas bagi organisme yang hidup di perairan.

23

Syarat sebagai Faktor Pengatur

Faktor lingkungan yang penting dalam setiap ekosistem berbeda beda seperti di darat: sinar, suhu dan air; di laut: sinar, suhu dan salinitas; di perairan tawar: kandungan oksigen.

Faktor lingkungan tidak hanya sebagai faktor pembatas (negatif) tetapi juga menjadi faktor menguntungkan (positif) bagi organisme yang mampu menyesuaikan diri sehingga komunitasnya.

24

Syarat sebagai Faktor Pengatur

Sehingga mencapai tingkatan homeostatis Hal ini terjadi karena organisme mampu

memanfaatkan perubahan faktor lingkungan yang berkala dengan cara mengatur waktu kegiatannya sehingga memperoleh keuntungan dari lingkungannya.

Ritme musiman seperti panjang hari (photoperiode: Juni 16.5 jam dan desember 8 jam)

25

Syarat sebagai Faktor Pengatur

Photoperiode merupakan pengatur waktu untuk memulai proses fisiologis yang menghasilkan: pertumbuhan,pembungaan pada tumbuhan penimbunan lemak, pergantian bulu,

migrasi dan pekembang biakan pada burung dan mamalia

Diapause (telur yang akan menetas sampai musim semi mendatang) pada serangga.

26

Syarat sebagai Faktor Pengatur

Di gurun, panjang hari dan hujan sangat tidak terduga, oleh tumbuhan gurun dimanfaatkan sebagai faktor pengatur. Dengan cara menghasilkan biji biji yang mengandung hormon penghambat perkecambahan, biji dapat tetap hidup dalam tanaha bertahun tahun setelah hujan lebat.

27

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

1. Suhu Organisme dapat hidup pada suhu

sampai 300oC dengan kisaran suhu 100 – 200 oC.

Akan tetapi kebanyakan organisme hanya dapat hidup pada kisaran suhu yang lebih sempit.

Pada umumnya batas atas (maksimum) lebih kritis atau lebih membahayakan kehidupan organisme daripada batas bawah (minimum).

28

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

Pada ekosistem perairan, variasi suhu lebih sempit daripada ekosistem darat. Oleh karena itu, biasanya organisme perairan mempunyai kisaran toleransi terhadap suhu lebih sempit daripada organisme darat.

Misal: algae air dan algae darat, invertebrata air dan darat seperti serangga

29

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

2. Radiasi cahaya matahari Cahaya matahari mempunyai dua

fungsi yang saling berlawanan, di satu pihak radiasi cahaya matahari menguntungkan karena sebagai sumber energi bagi proses fotosintesa. Dilain pihak, radiasi cahaya matahari merugikan karena cahaya matahari langsung akan merusak atau membunuh protoplasma.

30

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

Dari segi ekologi, bagi kehidupan organisme yang penting radiasi adalah kualitas sinar (panjang gelombang dan warna) dan intensitas cahaya (lama penyinaran), karena laju fotosintesa akan bervariasi sesuai dengan perbedaan panjang gelombang yang ada.

31

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

Sinar merah dan biru disaring oleh komponen air dan menghasilkan sinar hijau yang sukar sekali diabsobsi oleh klorofil.

Intensitas cahaya matahari berpengaruh langsung secara linear terhadap laju fotosintesis.

Penurunan tingkat kejenuhan sinar akan diikuti dengan penurunan intensitas cahaya.

32

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

3. Air Air merupakan faktor pembatas

utama pada lingkungan darat dan perairan. Curah hujan, kelembaban, penguapan (evaporasi) dan suplai air permukaan yang menjadi faktor-faktor yang harus diukur:

33

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

3a. Curah hujan Penyebaran hujan sepanjang tahun

merupakan faktor pembatas yang penting bagi organisme.

Umumnya curah hujan tersebar tidak merata. Tabel berikut menggambarkan curah hujan pada berbagai ekosistem

34

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

Curah hujan Keadaan 0 – 10 inchi/tahun Gurun 10 – 30 inchi/tahun Padang

rumput, savana

30 – 50 inchi /tahun Hutan kering > 50 inchi/tahunHutan Hutan basah

35

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

3b. Kelembaban Kelembaban diartikan sebagai

jumlah uap air yang berada di udara.

Kelembaban mutlak : jumlah air di udara yang dinyatakan dengan berat air per satuan udara.

Jumlah air yang dapat disimpan oleh udara bervariasi tergantung pada suhu dan tekanan udara.

36

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

Oleh karena itu, dikenal istilah kelembaban nisbi (relatif) yaitu presentase (%) kandungan uap air yang sebenarnya ada dibandingkan dengan kandungan uap air jenuh pada udara dengan tekanan dan temperatur tertentu.

37

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

3c. EvaporasiKadar air di udara merupakan faktor yang penting bagi ekosistem darat, karena penguapan dapat mengakibatkan dehidrasi terhadap hewan dan tumbuhan . Untuk mengurangi dehidrasi binatang berlindung atau lebih giat di malam hari. 97- 99 % air yang masuk dari tanah, hilang oleh penguapan dari daun/ transpirasi pada tumbuhan.

38

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

4. Interaksi antara suhu dan kelembaban Interaksi antara suhu dan

kelembaban mempunyai pengaruh yang penting bagi ekosistem darat, terlihat pada efek temperatur yang bertambah hebat apabila kelembaban dalam keadaan ekstrim.

39

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

Berdasarkan suhu dan kelembaban dikenal dua tipe dasar iklim di bumi ini yaitu :

Iklim laut yang ditandai dengan fluktuasi suhu yang tidak ekstrim. Pergantian temperatur tidak menyolok atau drastis.

Iklim darat yang ditandai dengan fluktuasi suhu yang ekstrim

40

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

5. Gas-gas atmosfer

Penambahan sedikit kandungan CO2 dan penurunan kandungan O2 akan meningkatkan laju fotosintesis.

Pada tanaman kacang-kacangan, laju fotosintesa akan naik 50 % apabila kandungan O2 diturunkan 5 %.

41

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

Di dalam tanah, kandungan O2 dapat menjadi faktor penentu yang penting bagi organisme aerob. Kandungan CO2 akan meningkat jika kedalaman media atau tanah bertambah.

Kandungan O2, CO2 dan gas lain di perairan tersedia dalam bentuk terlarut, sehingga yang dapat diperoleh organisme air bervariasi dari temporal (waktu) maupun spartial (tempat).

42

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

Konsentrasi ion hidrogen atau pH terkait erat dengan kandung CO2 di dalam air.

pH sering menjadi faktor pembatas yang penting bagi organisme aquatik karena dapat mempengaruhi pernafasan dan kerja enzim.

Tanah dan perairan dengan pH rendah/asam seringkali mengalami kekurangan unsur hara dan produktivitasnya rendah.

43

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

6. Garam-garam biogenik : makro dan mikro nutrien Garam biogenik adalah garam-garam

yang terlarut dalam air dan merupakan unsur yang vital bagi kelangsungan hidup organisme.

Garam biogenik terdiri dari makro nutrien : C, H, O, N, S, P, K, Ca, Mg dan mikro nutrien : Fe, Mn, Cu, Zn,Si, Mo, Co,Cl.

44

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

Ditinjau dari fungsinya mikronutrien pada tumbuhan dapat dibagi menjadi untuk: fotosintesa : Mn, Fe, Zn, V . metabolisme nitrogen : Mo, Bo, Co, Fe metabolisme zat lain : Mn, Co, Cu, Si.

45

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

7. Arus dan tekanan air. Arus air tidak hanya mempengaruhi

konsentrasi gas dalam air, tetapi juga secara langsung sebagai faktor pembatas.

Misal perbedaan organisme sungai dan danau sering disebabkan oleh arus yang deras pada sungai.

Tumbuhan dan binatang di sungai harus mampu menyesuaikan diri terhadap arus baik secara morfologis dan fisiologis.

46

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

Tekanan air tidak berpengaruh langsung bagi kehidupan organisme yang hidup di darat, tetapi melalui perubahan iklim.

Di lautan, tekanan hidrostatis terjadi karena adanya perubahan tekanan dari permukaan laut ke laut yang dalam. Tekanan ini sangat mempengaruhi kehidupan organisme laut.

47

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

Di laut, tekanan air akan bertambah 1 atmosfer pada setiap penurunan kedalaman 10 meter. Pada bagian laut yang paling dalam, tekanan ini dapat mencapai 1000 atmosfer.

48

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

8. Tanah Tanah berasal dari lapisan kulit bumi

yang dilapukkan oleh organisme hidup, sehingga sebagian ahli menyatakan tanah bukan hanya sebagai faktor lingkungan tetapi juga merupakan hasil kerja organisme.

Dengan demikian tanah terdiri atas komponen abiotik dan biotik yang sering kali sukar untuk dipisahkan.

49

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

Gambaran lapisan tanah dari permukaan ke bagian bawah disebut profil tanah dengan rincian :1. Lapisan teratas (top soil/horizon A)

Pada lapisan ini terdapat tubuh tumbuhan atau hewan menjadi bahan-bahan organik karena proses humifikasi.

50

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

Pada tanah yang matang, bagian ini terdiri atas lapisan-lapisan yang jelas terpisah dari masing-masing tahap progesif dari humifikasi seperti berikut:

Lapisan sisa (seresah atau litter) A-O mewakili komponen detritus

Lapisan humus A-1 Lapisan tercuci A-2 (warna muda)

51

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

2. Lapisan B (horizon B) Lapisan ini terdiri atas tanah mineral

hasil dari proses dekompossisi dan mineralisasi dan bercampur dengan bahan material dasar (induk) dari tanah yang halus.

Bahan-bahan yang larut pada lapisan B seringkali berasal dari lapisan A, disimpan atau dicuci oleh aliran air.

52

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

Lapisan C (horizon C) Merupakan lapisan induk yang tidak

banyak mengalami perubahan. Materi induk setelah pecah dapat

berpindah tempat karena: Gravitasi ( colluvial deposit), air (alluvial

deposit) glacier (glacial deposit) dan angin (colian deposit).

53

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

9. Api sebagai faktor ekologi Secara alamiah organisme telah

beradaptasi terhadap api seperti halnya terhadap suhu dan air.

Kalau digunakan dengan tepat api dapat merupakan faktor ekologi yang berguna, namun yang terjadi api menjadi sumber bencana kebakaran.

54

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

Tipe kebakaran di alam dapat dibedakan menjadi :

Kebakaran tajuk/crown fire. seringkali memusnahkan semua vegetasi dalam ekosistem. Api menjadi faktor pembatas bagi semua organisme yang hidup pada ekosistem yang terbakar. Untuk memulihkannya ke keadaan semula memerlukan waktu yang lama karena ekosistemnya telah rusak dan semua vegetasi musnah.

55

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

Kebakaran permukaan/ Surface fire Menguntungkan bagi organisme yang

toleransi terhadap api. Api merupakan faktor pembatas hanya untuk beberapa organisme.

Kebakaran permukaan dapat mengurangi kerja bakteri dalam proses pembusukan dan membantu pemecahan kulit yang keras, misalnya buah pinus sehingga membantu peremajaan hutan.

56

Faktor Fisik Sebagai Faktor Pembatas

10. Lingkungan Mikro Organisme yang hidup di habitat yang

sama (pada skala makro) sebenarnya berada dalam keadaan yang berbeda pada skala lingkungan mikro.

Iklim mikro, mempunyai peranan yang relatif besar, dapat berupa iklim lingkungan kecil (skala mikro) di sekitar pohon pinus, atau iklim lingkungan besar (skala makro) di lereng dari suatu lembah.

57

Aplikasi respon organisme

Seringkali faktor-faktor tertentu dapat dengan tepat menentukan organisme yang ditemukan di suatu daerah

Atau sebaliknya kita dapat menentukan keadaan lingkungan fisik dengan menggunakan organisme yang ditemukan pada suatu daerah.

Hal ini disebut dengan indikator ekologi/ indikator biologi.

58

Aplikasi respon organisme Hal yang harus diingat jika kita

memakai indikator ekologi adalah : Umumnya organisme steno

merupakan indikator yang lebih baik dari pada organisme eury.

Species yang besar merupakan indikator yang lebih baik daripada species yang lebih kecil, karena organisme yang besar mempunyai biomass lebih stabil.

59

Aplikasi respon organisme

Dan organisme kecil mempunyai turn over rate yang pendek. Sekarang banyak, mungkin besok sudah mati, maka algae tidak pernah dipakai sebagai indikator ekologi.

Sebelum species dipercaya sebagai indikator ekologi, harus ada bukti-bukti di lapangan dan uji laboratorium, untuk mengetahui persyaratan hidup spesies organisme tersebut.

60

Aplikasi respon organisme

Hubungan antar spesies, populasi atau komunitas seringkali menjadi indikator yang lebih baik daripada hanya satu spesies saja, karena hal ini akan lebih menggambarkan keadaan yang terintegrasi.