Download - Ekologi perairan 2007 2008 - 4 siklus biogeokimia - revisi

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONALUNIVERSITAS HASANUDDIN

FAKULTAS ILMU KELAUTAN DAN PERIKANANJl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Kampus Unhas Tamalanrea Makassar, 90245

Tlp. 586025, Fax. 586025

Makassar 2011

Prof. Dr. Ir. Ambo Tuwo, DEA.

Fakultas Ilmu Kelautan dan Perikanan - Universitas Hasanuddin

SIKLUS BIOGEOKIMIA

EKOLOGI PERAIRAN

POLA & TIPE DASAR SIKLUS BIOGEOKIMIA

Bio Organisme Hidup Geokimia Secara ekologi diartikan sebagai unsur-unsur

kimia yang terbentuk dari hasil penguraian & dekomposisi dari berbagai macam material di permukaan bumi secara teraturBiogeokimia Secara ekologi diartikan sebagai kajian

tentang daur atau peredaran materi secara timbal balik antara komponen hidup & komponen tidak hidup

Di dalam biosfer terdapat + 90 unsur kimia30 - 40 diantaranya sangat penting bagi kehidupan


Keterkaitan antara Siklus Biogeokimia (Aliran Material/Nutrien) dan Aliran Energi dalam suatu Ekosistem Aliran energi

berjalan satu arah Aliran

material/nutrien bersiklus

Unsur hara yg terlibat dlm siklus biogeokimia beredar lebih cepat diban-dingkan dgn unsur hara yg berada pd sumbernya (cadagan hara)

Tiga unsur yang sangat penting dalam ekologi adalah fosfor, sulfur dan nitrogen


Siklus Materi Materi (unsur-unsur

hara bagi kehidupan seperti karbon, nitro-gen, fosfor, dsb-nya) dapat dipergunakan secara berulang

Komunitas Organisme Pengalir energi dan

pendaur materi


Mikroorganisme berperan penting dlm siklus N

N dipecah dari bentuk organik ke anorganik oleh bakteri pengurai

Hasil rombakan bakteri berupa amoniak & nitrat dapat diserap langsung oleh tumbuhan

N masuk ke udara dgn bantuan bakteri denitrifikasi

N dikembalikan ke dlm siklus melalui fiksasi bakteri & mikroorganisme pengikat nitrogen

SIKLUS NITROGEN (N)

N udara dpt diikat oleh bakteri bebas & simbion Bakteri bebas Azotobacter (Aerob) & Clostridium (Anaerob) Bakteri simbion Rhizobium (Bersimbiosis dgn Leguminoseae),

Actinomycetes (dgn akar tumbuhan non Leguminoseae), Rhodospirillum (Bakteri fotosintetik), Pseudomonas (Bakteri tanah)


Komunitas Biota mengasimilasikan + 1000 teragram N per tahun (I tg = 106 Ton) 80 % Berasal

dari hasil daur ulang pd strata lahan & air

20 % merupa-kan input baru yg berasal dari N atmosfir me-lalui fiksasi N

Jika kandungan N tinggi Bakteri nitrifikasi terhambat aktivitasnya dalam merombak amoniak menjadi nitrat, sehingga terjadi penimbunan amoniak dlm tanah

Hal ini selain mengganggu siklus N, juga mangganggu kehidupan organisme lain karena amoniak bersifat racun


Siklus Nitrogen pada ekosistem darat dan laut


SIKLUS FOSFOR (P) P merupakan

penyusun penting dari protoplasma

P merupakan makronutrien yg sangat rawan/ terbatas

Sumber P terbesar adalah batuan endapan fosfat yg tercuci/tererosi/ terlepas sedikit demi sedikit & masuk ke dlm ekosistem

P merupakan elemen yg lebih langka dibandingkan dengan N (dlm air 1 : 23)

1: tanaman; 2: hewan; 3: bakteri pengurai; 4: bakteri sintesis P; 5: P terlarut; 6: endapan P di laut dangkal; 7: P yg hilang sbg endapan; 8: ikan burung & laut; 9: batuan P, deposit Guano & fosil tulang; 10: sintesis protoplasma; 11: ekskresi; 12: tulang & gigi.


Aliran P ke laut lebih besar dari pada aliran P ke darat

P banyak mengendap di dasar laut dangkal & dalam

Penambangan P dan pabrik pupuk P mempercepat laju aliran P dari darat ke laut

Manusia menambang 1 - 2 juta ton batuan P per tahun utk pupuk, dimana sebagian besar hilang tercuci ke laut

Manusia hanya mengembalikan P sekitar 60.000 ton/thn dari hasil penangkapan ikan

Burung laut mempunyai peranan penting dlm proses pengembalian P dari laut ke darat

Timbunan kotoran (Guano) burung laut di pantai Peru mengandung banyak P

1: tanaman; 2: hewan; 3: bakteri pengurai; 4: bakteri sintesis P; 5: P terlarut; 6: endapan P di laut dangkal; 7: P yg hilang sbg endapan; 8: ikan burung laut; 9: batuan P, deposit Guano & fosil tulang; 10: sintesis protoplasma; 11: ekskresi; 12: tulang & gigi.


Siklus fosfor pada ekosistem darat dan laut


SIKLUS SULFUR (S) Sedimen

merupakan sumber utama S

Hanya sedikit S yg berasal dari atmosfir

Peranan mikroorganis-me sangat penting pd siklus S

Mikroorganis-me berperan dlm oksidasi & reduksi S

KAJIAN KUANTITATIF DARI SIKLUS BIOGEOKIMIA Laju perpindahan unsur dari satu komponen ke komponen lain lebih

berperan dlm penentuan struktur & fungsi ekosistem dari pd jumlah unsur yg terdapat pd suatu ekosistem

Untuk memahami peranan suatu unsur, maka kita harus mengetahui laju peredaran materi secara kuantitatif

Konsep daur ulang atau turn-over sangat penting dlm memahami/ mempelajari/membandingkan laju pertukaran unsur pd berbagai komponen dlm suatu ekosistem

Daur ulang adalah perbandingan antara materi yg beredar & yg terkandung dlm suatu ekosistem

Laju daur ulang adalah jumlah unit senyawa yg keluar dari suatu komponen dibagi dgn jumlah unit senyawa yg terdapat dlm komponen pd suatu waktu tertentu

Waktu daur ulang adalah waktu yg diperlukan utk mengganti semua unit senyawa yg terdapat pd suatu komponen

Contoh : Jika 1000 unit senyawa terdapat di dalam komponen dan 10 unit

senyawa keluar atau masuk setiap jam, maka : Laju daur ulang =10 / 1000 = 0,01 per jam atau 1 % per jam Waktu daur ulang = 1000 / 10 = 100 jam

Pada umumnya waktu daur ulang air & unsur pd suatu danau kecil atau dangkal hanya memerlukan waktu beberapa hari atau minggu, sedangkan utk danau besar memerlukan sampai berbulan-bulan

DanauLuas (Km2)

Keda-laman

(m)

Waktu Daur Ulang Rasio antara P

yg mengalir & P total dlm airAir

Sedi-men

Bluf 0,40 7,0 5,4 34 6,4

Punch-borts

0,30 6,0 7,6 37 4,7

Crecy 2,04 3,8 17,0 176 8,4

KAJIAN KUANTITATIF DARI SIKLUS BIOGEOKIMIA

Angka dlm kotak menunjukkan cadangan tetap (Standing Stocks) dlm mg P/m2 Angka pd panah menunjukkan

aliran dlm mg P/m3/hari Angka dlm kurung

menunjukkan variabel transfer rata-rata

KAJIAN KUANTITATIF DARI SIKLUS BIOGEOKIMIA

Peredaran unsur tdk kontinyu & tdk linier

Ada dua gudang fosfor Sedimen & detritus

Ada tiga komponen paling aktif Air, Spartina/ Rumput Rawa & Organisme pemakan detritus

Ada dua koefisien variable yaitu (D)t & (C)t

Koefisien ini mengikuti siklus musim dlm hal pelepasan fosfor

Pada musim panas fosfor diserap oleh akar rumput-rumputan dari dalam zona anaerob (jenuh)

TERIMA KASIH

BIOGEOKIMIA DI DAERAH ALIRAN SUNGAI (DAS) Perairan bukan suatu sistem tertutup,

melainkan suatu bagian dari sistem daerah aliran sungai yg lebih besar

Model kuantitatif dari siklus atau aliran unsur pada DAS dpt diprediksi atau diperkirakan

Contoh budget kalsium pd DAS New Hampshire Masukan

Dari air hujan + 3 kg/ha/thn Dari hasil pelapukan tanah &

butuan + 5 kg/ha/thn Keluaran

Keluar bersama aliran air sungai adalah + 8 kg/ha/thn

Kesimpulan Aliran masuk & keluar unsur

kalsium seimbang

BIOGEOKIMIA DI DAERAH ALIRAN SUNGAI (DAS) DAS yg tdk mengalami

kerusakan aliran masuk & keluar seimbang atau relatif sama

DAS yg mengalami kerusakan hutan akan terjadi ketidakseimbangan

Contoh : Kerusakan hutan menye-

babkan kehilangan mineral 3 - 15 kali

Kerusakan hutan menyebabkan kehilangan kalsium (Ca) 6 kali lipat & nitrogen (N) 15 kali lipat

Pemulihan populasi hutan akan mengurangi laju kehilangan nutrien

Diperlukan waktu 3 – 5 thn utk memulihkan atau menyeimbangkan budget

Diperlukan 10 – 20 thn utk mengembalikan ke keadaan semula

SIKLUS KARBON (C02) Jumlah cadangan karbon

di atmosfir sgt kecil dibandingkan dgn yg ada di laut, minyak bumi & cadangan lain yg ada di dlm kerak bumi

Saat ini kandungan karbon di udara terus meningkat krn adanya masukan baru yg berasal dari aktivitas industri, pertanian & penebangan hutan

Angka dinyatakan dlm 109 Ton

Pada masa pra-industrialisasi peredaran atau siklu karbon di atmosfir, daratan & laut selalu seimbang (garis tebal)

Pada masa industrialisasi terjadi ketidakseimbangan karena ada masukan baru dari aktivitas agroindustri (garis putus-putus)

Kapasitas pengaliran CO2 oleh tumbuhan hijau melampaui kemampuan kontrol Cybernetik

SIKLUS KARBON (C02) Jalur Siklus Karbon

Jalur utama siklus karbon adalah dari atmosfer ke organisme hidup kemudian kembali ke atmosfer Mula-mula CO2 diserap oleh tanaman utk membentuk

senyawa organik dgn bantuan sinar matahari Senyawa organik ini akan digunakan oleh konsumen,

sehingga terjadi pembebasan CO2 ke atmosfer atau ke dalam air

Organisme saprotrof menyempurnakan proses pelepasan karbon dari kotoran atau organisme yg mati

Kadang-kadang proses pembebasan (penguraian) yg dilakukan oleh saprotrof ini berjalan lambat, sehinga senyawa karbon dpt menumpuk dlm bentuk gambut, batu bara & minyak bumi

Beberapa organisme laut (Hewan Karang) dpt memanfaatkan karbon utk membentuk batuan (batu karang) sehinga karbon tertimbun sebagai batuan

SIKLUS KARBON (C02) 1800 (awal revolusi industri) CO2 di atmosfir + 290 ppm 1958 CO2 di atmosfir menjadi + 315 ppm 1980 CO2 di atmosfir menjadi + 335 ppm Pertengahan abad ini diperkirakan menjadi + 670 ppm Akibatnya akan terjadi kenaikan suhu 1,5 – 4,5oC

Akan diikuti dgn kenaikan permukaan air laut & perubahan pola curah hujan yg akan mengganggu produksi pertanian

Bentuk senyawa karbon lainnya di atmosfir Karbon Monoksida (CO) 0,1 ppm & Metan (CH4) 1,6 ppm Waktu peredaran kedua gas ini singkat

CO 0,1 tahun dan CH4 3,6 tahun Keduannya berasal dari proses dekomposisi bahan

organik secara anaerob Gas CH4 berperan dlm mempertahankan kestabilan

lapisan ozon

SIKLUS KARBON (C02) SIKLUS CO2 SEBELUM ERA INDUSTRIALISASI

SIKLUS KARBON (C02) SIKLUS CO2 PADA ERA INDUSTRIALISASI

SIKLUS KARBON (C02)Konsentasi CO2 di atmosfir Mauna Loa Hawai

SIKLUS AIR Jumlah air yg ada di atmosfir sgt kecil, namun mempunyai

kecepatan daur ulang yg cepat

Angka dinyatakan dlm geogram (1020 gram)

SIKLUS AIR Siklus hidrogen

mempunyai dua arah ke atas & ke bawah

Gerakan ke atas membutuhkan energi (energi matahari)

Gerakan ke bawah melepaskan energi ke danau, sungai, lahan basah, serta sbg sumber energi hidrolistrik

90% dari air hujan yg menyokong ekosistem daratan berasal dari penguapan air laut

Sepertiga dari energi matahari digunakan utk mengalirkan air ke atas (epavorasi & transpirasi)

Perubahan iklim akan menyebabkan perubahan aliran ke atas shg layanan gratis (subsidi energi) ini akan hilang

SIKLUS AIR

SIKLUS AIRBagian Hulu

Terlindung vegetasi, sempit & dangkal Produktivitas rendah

Tergantung pd suplai BO Perbandingan P/R < 1 (Ekositem Heterotrof) detritivor dominan (diversitas rendah)

Kontinum SungaiBagian Tengah Tdk terlindung & lebih lebar Produktivitas tinggi Partikel BO berukuran sedang & didominasi oleh hewan penyaring Tdk tergantung pd suplai BO Perbandingan P/R > 1 (Ekositem

Autotrof) Organisme Autotrof (algae & macrophyta) melimpah (diversitas cukup tinggi)

Bagian Hilir Produktivitas rendah Perbandingan P/R < 1 (Eko. Heterotrof) Diversitas sangat rendah

SIKLUS SEDIMEN

Siklus sedimen merupakan siklus dari unsur pembentuk bumi

Siklus unsur pembentuk bumi mengikuti pola siklus pembentukan pegunungan, aktivitas vulkaniK, erosi, sedimentasi & transpor secara biologis

Jumlah mineral diestimasi dlm satuan geogram per satu juta thn

Peredaran benda padat melalui udara (dlm bentuk debu) akan jatuh ke bumi sebagai hujan debu Fall-out atau jatuh alami umumnya berasal dari gunung api,

badai yg membawa debu & kebakaran hutan Fall-out buatan yg berasal dari aktivitas manusia (seperti

penggalian uranium) secara ekologis sgt berbahaya karena dapat menimbulkan keracunan

Fall-out buatan dapat mengurangi penetrasi cahaya sehingga menyebabkan penurunan suhu bumi

SIKLUS SEDIMEN Perkiraan Arus Tahunan Sedimen dari Daratan ke Laut

DaratanDaerah

Drainase(106 Mil2)

Pelepasan Sedimen (Ton/Mil2)

Total(109 Ton )

Amerika Utara 8,0 245 1,97

Amerika Selatan

7,0 160 1,20

Afrika 7,7 70 0,54

Australia 2,7 115 0,23

Eropah 3,6 90 0,32

Asia 10,4 1 530 15,91

Daratan Asia yg terpadat penduduknya mengalami paling banyak kehilangan tanah

SIKLUS UNSUR-UNSUR NON ESENSIAL

Dalam kondisi normal, unsur-unsus non esensial punya pengaruh yg sgt kecil dlm ekosistem

Konsentrasinya meningkat setelah terjadi campur tangan manusia melalui aktivitas industri kimia, pertambangan & pertanian

Limbah industri yg mengandung zat organik yg beracun, seperti merkuri, timbal & bahan berbahaya lainya setelah masuk ke dlm lingkungan dpt mengancam kehidupan

Strontium merupakan unsur yg hampir tdk dikenal sebelumnya, namun setelah unsur ini digunakan dlm industri senjata nuklir, maka unsur ini mulai mendapat perhatian

Strontium mempunyai sifat yg sama dgn kalsium sehingga berbahaya bagi manusia & hewan vertebrata krn dpt berkontak langsung dgn jaringan pembentuk darah & tulang

SIKLUS UNSUR-UNSUR NON ESENSIAL Merkuri merupa-

kan unsur alami yg konsentrasi-nya sangat kecil dlm kondisi normal

Konsentrasinyameningkat sete-lah dimulainya industrialisa-si & penambangan

Penambangan & pencemaran (Garis putus-putus) telahmeningkatkan aliran ke atmosfer sebanyak + 60%

Jumlah cadangan merkuri dinyatakan dlm 108 gm/tahun & siklus merkuri dlm 108 gm/tahun

Angka dlm kurung menunjukan kondisi sebelum ada campur tanggan manusia

TERIMA KASIH

Download - Ekologi perairan 2007 2008 - 4 siklus biogeokimia - revisi

Top Related