ekologi perairan 2007 2008 - 4 siklus biogeokimia - revisi
TRANSCRIPT
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
POLA & TIPE DASAR SIKLUS BIOGEOKIMIA
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
POLA & TIPE DASAR SIKLUS BIOGEOKIMIA
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
POLA & TIPE DASAR SIKLUS BIOGEOKIMIA
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)
POLA & TIPE DASAR SIKLUS BIOGEOKIMIA
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
POLA & TIPE DASAR SIKLUS BIOGEOKIMIA
Siklus Nitrogen pada ekosistem darat dan laut
POLA & TIPE DASAR SIKLUS BIOGEOKIMIA
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.
POLA & TIPE DASAR SIKLUS BIOGEOKIMIA
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.
POLA & TIPE DASAR SIKLUS BIOGEOKIMIA
Siklus fosfor pada ekosistem darat dan laut
POLA & TIPE DASAR SIKLUS BIOGEOKIMIA
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 & ke- luar 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