FAKTOR PEMBATAS
A. HUKUM MINIMUM LIEBIG
Untuk pertumbuhan dan
perkembangan organisme
membutuhkan unsur-unsur esensial
yang jenis dan jumlahnya tergantung
spesies dan keadaan.
Dalam keadaan mantap unsur
esensial yang tersedia dalam
keadaan mendekati minimum
cenderung merupakan faktor
pembatas.
Hukum Minimum Liebig menyatakan bahwa
pertumbuhan suatu tanaman akan ditentukan
oleh unsur hara esensial yang berada dalam
jumlah minimum kritis, jadi pertumbuhan
tanaman tidak ditentukan oleh unsur hara
esensial yang jumlahnya paling sedikit.
Dengan demikian unsur hara ini dikatakan
sebagai faktor pembatas karena dapat
membatasi pertumbuhan tanaman.
Pertumbuhan tanaman tergantung kepada
zat atau senyawa yang berada dalam
keadaan minimum (apabila keadaan steady
state, yaitu energi dan materi seimbang
antara input dan output)
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.
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.
Namun, hukum minimun Liebig hanya dapat
diterapkan pada habitat atau ekosistem dengan
arus energi dan materi yang masuk seimbang
dengan yang keluar.
B. HUKUM TOLERANSI SHELFORD
Keberhasilan organisme dapat dikendalikan oleh
kekurangan atau kelebihan secara kualitatif dan kuantitatif
dari salah satu faktor yang mendekati batas toleransi
organisme tersebut.
Konsep hukum toleransi Shelford :
Setiap organisme mempunyai batas maksimum dan
minimum ekologis yang merupakan batas-batas dari kisaran toleransinya.
• Hukum Toleransi Shelford menyatakan bahwa
untuk setiap faktor lingkungan suatu jenis
organisme mempunyai suatu kondisi minimum
dan maksimum yang mampu diterimanya, diantara
kedua harga ekstrim tersebut merupakan kisaran
toleransi dan didalamnya terdapat sebuah kondisi
yang optimum.
• Dengan demikian setiap organisme hanya mampu
hidup pada tempat-tempat tertentu saja, yaitu
tempat yang cocok yang dapat diterimanya.
• Diluar daerah tersebut organisme tidak dapat
bertahan hidup dan disebut daerah yang tidak
toleran.
Beberapa asas tambahan terhadap hukum toleransi Shelford :
1. Organisme dapat mempunyai toleransi luas untuk suatu faktor dan sempit untuk faktor yang lain.
2. Organisme dgn kisaran toleransi luas untuk semua faktor penyebarannya lebih luas.
3. Keadaan tidak optimum untuk suatu faktor dapat mempengaruhi toleransi terhadap faktor lain.
4. Organisme di alam banyak yang hidup dalam keadaan tidak optimum dan selalu dipengaruhi oleh beberapa faktor sekaligus.
5. Umumnya periode reproduksi (embrio, kecambah, larva) peka terhadap faktor fisik yang minimum
Untuk menyatakan derajat toleransi sering dipakai
istilah :
a. Steno untuk sempit
b. Eury untuk luas
Contoh :
Stenothermal – eurythermal : suhu
Stenohydric – euryhydric : air
Stenohaline – euryhaline : kadar garam
Stenophagus – euryphagus : makanan
Stenocious – eurycious : pemilihan habitat
Telur ikan salmon Telur katak
Berkembang 0 - 12C 0 - 30C
Optimum 4C 22C
Kategori Stenothermal Eurythermal
Gambar. Perbandingan batas toleransi nisbi dari organisme stenothermal dan eurythermal
C. KONSEP GABUNGAN MENGENAI FAKTOR PEMBATAS
Dengan menggabungkan konsep hukum minimum dan konsep toleransi, maka dapat dipahami konsep faktor pembatas (limiting factor).
Faktor Pembatas (limiting factor) yaitu keadaan yang mendekati atau melampaui batas toleransi.
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).
• Organisme dikendalikan oleh :
1. Unsur dan senyawa esensial yang berada dalam
keadaan minimum.
2. Faktor fisik yang kritis.
3. Batas toleransi organisme.
D. FAKTOR FISIK SEBAGAI FAKTOR PEMBATAS
1. Suhu
Umumnya batas atas lebih kritis daripada batas bawah.
Pada ekosistem suhu penting dalam zonasi dan
stratifiksi organisme. Juga sering sebagai faktor
pembatas karena sering kritis.
Variabilitas suhu sangat penting secara ekologis.
Contoh : fluktuasi suhu antara 10 - 20C dengan
rata-rata 15C, tidak selalu mempunyai efek yang
sama terhadap organisme seperti halnya suhu
konstan 15C.
• Pertumbuhan tanaman yang dipengaruhi oleh faktor eksternal
seperti temperatur akan pada umumnya akan menunjukkan
pengaruh yang besar terhadap pertumbuhannya.
• Setiap tumbuhan memiliki adaptasi terhadap perubahan
temperatur seperti tumbuhan tropis yang peka terhadap
temperatur tinggi namun tidak peka terhadap temperatur yang
mencapai titik beku (Shry and Reiley, 2011).
• Pada umumnya pertumbuhan akan semakin meningkat seiring dengan terjadinya peningkatan temperatur sampai batas 31ºC.
• Jika tanaman tumbuh pada temperatur lebih dari 31ºC atau 35ºC, maka terjadi penurunan aktivitas.
• Namun beberapa tumbuhan mampu terhadap toleransi suhu yang tinggi.
• Sementara jika terjadi penurunan suhu, maka terjadi penurunan pertumbuhan dan metabolisme. Bahkan tanaman akan berhenti tumbuh ketika berada pada temperatur beku (Shry & Reiley, 2011).
Efek yang terjadi pada tumbuhan yang berada pada temperatur tinggi adalah terjadinya peningkatan reaksi kimiawi dan akan menurun secara eksponesial ketika mencapai batas maksimal toleransi terhadap temperatur tinggi.
Hal ini dikarenakan enzim-enzim yang mengakatalis reaksi-reaksi kimiawi dipengaruhi oleh temperatur.
Adapun efek yang terjadi ketika tumbuhan berada pada temperatur yang rendah adalah terjadinya pembekuan air dalam jaringan yang dapat mengakibatkan dormansi pada tumbuhan (Atkin & Tjoelker, 2003; Cullina, 2000).
Perubahan temperatur secara umum dapat mengakibatkan perubahan pada respon morfologi, respon fisiologi, dan respon molekular.
Respon morfologi yang terjadi seperti adanya perubahan anatomi dan perubahan fenologi.
Sementara perubahan fisiologi antara lain terjadi perubahan pada kandungan air, fotosintesis, hormonal, metabolit sekunder, akumulasi osmolit, dan terjadi perubahan termostabilits membran sel.
Adapun perubahan secara molekular seperti adanya stres oksidatif, antioksidan, dan stres protein (Gelani et al., 2007).
O Pada ekosistem perairan, variasi suhu lebih
sempit daripada ekosistem darat.
O Oleh karena itu, biasanya organisme perairan
mempunyai kisaran toleransi terhadap suhu
lebih sempit daripada organisme darat.
2. Radiasi Cahaya
Cahaya merupakan faktor penting sekaligus faktor pembatas bagi kehidupan organisme.
Dalam ekologi yang penting diperhatikan adalah :
1. Kualitas cahaya (panjang gelombang, warna).
2. Intensitas cahaya (lama penyinaran).
Laju fotosintesa akan bervariasi sesuai dengan perbedaan panjang gelombang yang ada
Intensitas cahaya matahari berpengaruh langsung terhadap laju fotosintesis.
3. Air
• Merupakan kebutuhan pokok organisme (bahan
penyusun protoplasma – 80%).
• Beberapa faktor prinsip tentang air adalah :
a. Curah hujan (jumlah curah hujan, sebaran hujan)
b. Kelembaban (jumlah uap air di udara)
c. Penguapan
4. Interaksi Suhu dan Kelembaban
• Efek pembatas suhu bertambah hebat apabila kelembaban ekstrem (tinggi atau rendah).
• Efek kelembaban akan bertambah hebat apabila suhu dalam keadaan ekstrem.
5. Gas-gas Atmosfir
• Kadar gas atmosfir dapat mempengaruhi laju fotosintesis.
• O2 menjadi faktor pembatas bagi organisme aerob.
• Pada lingkungan aquatik, kadar O2, CO2, dan gas lain yang terlarut sangat bervariasi (tergantung tempat dan waktu).
• Kelarutan gas dalam air dipengaruhi oleh suhu, tekanan dan kadar garam.
6. Garam-garam Biogenik (Makro dan Mikronutrient)
Garam biogenik : garam yang terlarut dalam air yang merupakan
garam yang vital bagi organisme.
Makronutrient : C,H,O,N,S,P,K,Ca,Mg
Mikronutrient : Fe, Mn, Cu, Zn, Si, Mo, Co, Cl
Ditinjau dari fungsinya pada tanaman mikronutrient dapat dibagi
menjadi :
a. Untuk fotosintesa : Mn, Fe, Cl, Zn, V
b. Untuk metabolisme N : Mo,Co, Fe
c. Untuk metabolisme zat lain : Mn, B, Co, Cu, Si.
Pemisahan antara makro dan mikronutrient tidak harus sama untuk
semua organisme.
7. Arus dan Tekanan
Angin dapat menjadi faktor
pembatas pada ekosistem darat.
Arus deras pada eksosistem air
dapat menjadi faktor pembatas.
Tekanan barometri tidak terlalu
berpengaruh pada ekosistem
darat.
Tekanan hidrostatik pada
ekosistem air sangat
mempengaruhi ekosistem air.
• 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.
8. Tanah
Tanah berasal dari lapisan kulit
bumi yang dilapukkan oleh
mikroorganisme.
Gambaran lapisan tanah (horizon
tanah) dari permukaan ke bawah
disebut profil tanah.
Profil tanah dan ketebalan relatif
umumnya khas untuk suatu
daerah dan iklim tertentu.
Topografi dan pemanfaatan
sumberdaya lahan yang salah oleh
manusia dapat mempengaruhi
kondisi tanah.
9. Api Sebagai Faktor Pembatas
Api merupakan faktor “iklim” penting untuk daerah hutan dan padang rumput.
Tipe kebakaran di alam, dari segi api sebagai faktor ekologis :
a. Kebakaran tajuk (crown fire) : menghancurkan semua vegetasi dalam ekosistem, merupakan faktor pembatas untuk semua organisme.
b. Kebakaran permukaan (surface fire) : faktor pembatas untuk organisme yang tidak toleran terhadap api.
E. LINGKUNGAN MIKRO
Perbedaan suhu, kelembaban, dan faktor lain secara vertikal dapat menciptakan lingkungan mikro.
Organisme yang menempati habitat umum yang sama (secara makro) sebenarnya dapat berada dalam keadaan yang berbeda secara lingkungan mikro.
Perbedaan iklim mikro dapat disebabkan karena perbedaan topografi, arah kemiringan lereng, dll.
Perbedaan suhu, kelembaban, evapotranspirasi dan faktor lainnya dapat menghasilkan komunitas yang sama sekali berbeda dengan lereng di sebelahnya.
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.
McGeoch (1998) dalam Shahabuddin, 2003 menyatakan bioindikator atau indikator ekologis adalah taksa atau kelompok organsime yang sensitif atau dapat memperlihatkan gejala dengan cepat terhadap tekanan lingkungan akibat aktifitas manusia atau akibat kerusakan sistem biotik.
F. INDIKATOR EKOLOGI
Beberapa hal yang perlu diperhatikan apabila
memakai indikator ekologi :
1. Organisme steno merupakan indikator yang
lebih baik daripada organisme eury.
2. Spesies yang besar merupakan indikator yang
lebih baik daripada spesies yang kecil.
3. Sebelum menentukan organisme sebagai
indikator ekologi harus ada bukti lapangan
dan laboratorium yang membuktikan bahwa
persyaratan hidup organisme
4. Banyak hubungan antar spesies, populasi atau
komunitas menjadi indikator yang lebih baik
daripada satu spesies.
Contoh indikator ekologi :
a. Jika tusam tumbuh di
daerah yang mengandung
uranium maka tajuk
tanaman akan
mengandung banyak
uranium.
b. Molusca merupakan
indikator untuk tanah yang
kaya akan kapur.
Pearson (1994) membagi indikator biologi atas tiga yakni :
Jenis indikator, dimana kehadiran atau ketidakhadirannya
mengindikasikan terjadinya perubahan di lingkungan
tersebut. Jenis yang mempunyai toleransi yang rendah
terhadap perubahan lingkungan (Stanoecious) sangat tepat
digolongkan sebagai jenis indikator. Apabila kehadiran,
distribusi serta kelimpahannya tinggi maka jenis tersebut
merupakan indikator positif, sebaliknya ketidakhadiran atau
hilangnya jenis tersebut merupakan indikator negatif
Jenis monitoring, mengindikasikan adanya polutan di
lingkungan baik kuantitas maupun kualitasnya. Jenis
Monitoring bersifat sensitif dan rentan terhadap berbagai
polutan, sehingga sangat cocok untuk menunjukan kondisi
yang akut dan kronis.
Jenis uji, adalah jenis yang dipakai untuk mengetahui
pengaruh polutan tertentu di alam.
Hubungan Beberapa Organisme dengan Pencemaran
Keterkaitan pencemaran perairan dengan keberadaan organisme berikut :
Hewan bentos makro dari spesies Tubifex sp. dan Malainoides tuberculate merupakan spesies indikator DO rendah dan partikel tersuspensi tinggi pada ekosistem perairan sungai.
Kadar logam berat ditemukan pada ikan Bader dan ikan keting di kali surabaya.
Alga hijau biru (Micoytis sp) meningkat bila perairan subur, misal karena pencemaran pupuk nitrogen (N) dan Phospat (PO4).
Pencemaran panas > 30°C hewan yang digunakan sebagai indikator adalah cacing Branchiurasowerbyi dan hewan bercangkang Physe sp.
1. Jelaskan kaitan azas yang tercantum pada Hukum
Minimum Liebig dengan pertumbuhan dan
produksi tanaman (30 point)
2. Jelaskan mengapa suhu yang terlalu tinggi
menjadi faktor pembatas terhadap pertumbuuhan
dan produksi tanaman? (30 point)
3. Indikator ekologi memberi informasi mengenai
keadaan fisik lingkungan tertentu. Jelaskan
beberapa hal yang perlu diperhatikan apabila
memakai indikator ekologi (40 point)
QUIZ