21

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangDaur materi pada suatu lingkungan adalah suatu gambaran yang penting dalam ekosistem. Materi yang diambil dari lingkungan oleh tumbuh-tumbuhan dan hewan-hewan akan dikembalikan ke lingkungan dan dipakai kembali secara terus menerus organisme dalam proses biogeokimia. Tumbuh-tumbuhan hewan-hewan melepaskan karbondioksida sebagai hasil pernafasan selulernya ke udara alam lingkungannya yang kemudian dapat digunakan lagi oleh tumbuhan dalam proses fotosintesis untuk membuat zat gula, yang kemudian dimakan oleh ewan-hewan dan melepaskannya kembali. Decomposer menambah mineral-mineral kedalam tanah, tumbuhan mengambil mineral itu untuk proses metabolismenya. Bila tumbuhan dan hewan mati, decomposer akan memprosesnya lagi sebagai sumber mineral dalam tanah.

Energi yang menjadi penggerak sistem kehidupan semua makhluk hidup berasal dari tenaga matahari, sedangkan materi yang menysun organisme berasal dari bumi. Oleh karena itu setiap organisme terdiri atas mayeri yang juga merupakan bagian dari bumi itu sendiri.

Setiap bahan kimia yang dibutuhkan organisme sebagai bahan baku disebut nutrient. Oleh karena suatu bentuk kehidupan tersusun oleh sebagian senyawa anorganik dan sebagian organic, dan semua fungsi yang hidup itu ditujukan untuk pemeliharaan pelestarian tubuhnya, maka suatu organisme haru memperoelh nutrient anorganik, yang selanjutny dihimpun dalam bentuk hidup itu sendiri.

Hampir 30-40 unsur diperluakan untuk pertumbuhan dan perkembangan organisme, diantara yang terpenting adalah C, H, O, N, S, P, K, Ca, Fe, Mg, B, Zn, Cl, Mo, I, dan F. Kebanyakan dari unsur-unsur ini tidak dapat dipakai langsung oleh organisme, tetapi diambil dalam bentuk persenyawaan-persenyawaan kimia. Sebagai contoh hidrogen yang tersedia dalam molekul air yang mempunyai dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Unsur-unsur ini dan persenyawaanya, disebut nutrient (zat hara), berpindah-pindah di dalam rantai makanan makhluk hidup dan lingkunga abiotis yang merupakan komponen ekosistem dalam suatu daur materi. Secara khusus dikenal dengan nama daur biogeokimia karena unsur-unsur kimia terdapat dalam air di dalam bumi, atmosfer, dan batu-batuan dan tanah di dalam tanah. Dalam makalah ini akan dibahas lebih lanjut mengenai daur biogeokimia.

1.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah dalam makalah ini adalah sebagai berikut.1. Bagaimanakah mekanisme daur oksigen?

2. Bagaimanakah mekanisme daur nitrogen?

3. Bagaimanakah mekanisme daur potasium?

4. Bagaimanakah mekanisme daur kalsium?

5. Bagaimanakah peranan unsur mikro dalam daur biogeokimia?

6. Bagaimanakah hubungan ekologi dengan biokimia?1.3 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut.

1. Untuk mengetahui mekanisme daur oksigen.2. Untukmengetahui mekanisme daur nitrogen.3. Untuk mengetahui mekanisme daur potassium.4. Untuk mengetahui mekanisme daur kalsium.5. Untuk mengetahui peranan unsur mikro dalam daur biogeokimia6. Untuk mengetahui hubungan ekologi dengan biokimia

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Daur OksigenOksigen molekuler (O2) merupakan 20% dari atmosfer bumi. Pul ini memenuhi seluruh keperluan seluruh organisme darat yang berespirasi, dan karena melarut dalam air, oksigen juga merupakan keperluan organisme air. Dalam proses respirasi, oksigen berfungsi sebagai penerima terakhir untuk elektron yang dilepaskan dari atom-atom karbon pada makanan. Produk itu adalah air. Daur ini dilengkapi dalam fotosintesis karena energi cahaya digunakan untuk pelucutan elektron jauh dari atom-atom oksigen yang ada pada molekul air. Elektron mereduksi atom-atom karbon (dari karbondioksida) menjadi karbohidrat. Oksigen molekular tertinggal dan daur itu menjadi lengkap (Kimball, 1983).Untuk setiap molekul oksigen yang digunakan dalam respirasi seluler-dilepaskan satu molekul karbondioksida. Sebaliknya, untuk setiap karbondioksida yang diambil fotosintesis, dilepaskan satu molekul oksigen. Penelitian tentang mineral yang terbentuk sangat awal dalam sejarah bumi menunjukkan bahwa pada satu saat tidak ada oksigen dalam atmosfer bumi. Dengan evolusi fotosintesis yang menggunakan air, maka oksigen yang pertama kali muncul. Dengan menganggap permulaan perkembangan biosfer matang tanpa produktiivtas bersih, yaitu dengan keseimbangan respirasi dan fotosintesis, maka dapat dipertanyakan, apa yang dapat menerangkan pul oksigen yang ada sekarang ini? Setiap molekul oksigen yang terakumulasi di atmosfer harus merupakan atom karbon yang pernah direduksi dalam fotosintesis tetapi sejak itu telah terlepas dari oksidasi. Itulah atom-atom karbon yang tersompan dalam batu bara dan minyak dan endapan organik lainnya. Juga atom-atom karbon yang menyusun tubuh biomassa hidup yang tersebar di seluruh dunia dan bagian-bagian mati dari tumbuhan dan hewan yang sampai sekarang terlepas dari pembusukan (Kimball, 1983).Pada waktu membakar bahan bakar fosil, kita menggunakan sejumlah oksigen yang terdapat di atmosfer ketika atom-atom karbon bahan bakar tersebut mula-mula direduksi. Realisasi ini menimbulkan perkiraan bahwa karena kita membakar batu bara, minyak dan gas alam dalam jumlah yang selalu meningkat, kita mungkin secara serius menghabiskan konsentrasi oksigen dalam udara. Perkiraan-perkiraan tentang cadangan bahan bakar ini di bumi dibuat dari waktu ke waktu. Bahkan jika kita menerima perkiraan yang paling banyak dibuat, pembakaran bahan ini secara total akan menghabiskan pul oksigen atmosferik sebanyak tidak lebih dari 2-8%. Sebagian besar karbon yang tereduksi dari bumi ini disebarkan terlalu tipis dan atau terlalu dalam dibenam agar berguna sebagai bahan bakar. Akan tetapi, kehadirannya merupakan penyangga besar terhadap jatuhnya tingkat oksigen secara drastik. Bahkan jika konsentrasi oksigen benar-benar jatu sampai 8%, efeknya terhadap manusia akan kurang daripada konsentrasi oksigen yang bergerak dari kota New York ke Denver. (Pada ketinggian 5000 kaki, konsentrasi oksigen di udara itu 18% lebih kecil daripada konsentrasi oksigen dalam laut). Pembakaran seluruh bahan bakar fosil kita benar-benar akan menimbulkan masalah (misalnya, pencemaran udara) jauh lebih gawat daripada efek pada pul oksigen (Kimball, 1983).Sementara kegiatan manusia tidak memperlihatkan tanda-tanda mempunyai efek yang berarti terhadap kandungan oksigen dalam udara, hal ini tidak benar bagi lingkungan air. Banyak sungai kecil dan danau di Negara-negara industry yang padat menderita kekurangan oksigen terlarut secara berkala. Hal ini seringkali demikian hebatnya sehingga beberapa organisme air tertentu tidak lagi mampu bertahan hidup. Faktor penyebab itu ialah pembuangan limbah organic dan limbah lainnya kedalam air. Limbah-limbah ini dihancurkan oleh organisme pembusuk, yang menggunakan oksigen terlarut dalam proses tersebut. sebenarnya, indikator paling banyak dipakai dari pencemaran air ialah Biochemical Oxygen Demand, BOD. Inilah ukuran untuk oksigen yang diperlukan untuk mengoksidasi secara lengkap bahan yang ada dalam air. Makin besar BOD suatu sungai atau danau, makin sedikit oksigen yang tersedia untuk organisme yang biasanya hidup di situ. Bagi yang persyaratan oksigennya tinggi (umpamanya kebanyakan ikan), BOD yang meningkat mengancam kemampuannya untuk bertahan hidup (Kimball, 1983).

Interaksi bersama dalam ekosistem adalah daur oksigen dan karbon dioksida. Selama proses fotositesis, tumbuh-tumbuhan mengambil karbondioksida dan mengeluarkan oksigen. Pada saat lain tumbuhan dan hewan juga mengeluarkan karbondioksida dalam kegiatan respirasinya. Karbon dioksida ini selalu tersedia dan dipakai dalam kegiatan makhluk hidup yang menggambarkan suatu sistem ketergantungan untuk memanfaatkan seluruh materi seperti karbon dioksida secara keseluruhan (Kimball, 1983).

Karbon merupakan bahan dasar pembentuk molekul organik untuk kehidupan. Kebanyakan tumbuhan yang ditemukan di atas tanah mendapatkan karbon dioksida dari atmosfer (0,03%). Tumbuh-tumbuhan mikroskopik yang terapung di lautan yang dikenal sebagai fitoplakton mendapatkan karbon dari sejumlah besar karbon dioksida yang terlarut di dalam air yang menutupi dari permukaan bumi kita. Tumbuh-tumbuhan hijau menggunakan energi matahari untuk menyatukan karbon dioksida dan air untuk membentuk zat hara organik seperti glukosa dalam proses fotosintesis, yang digambarkan dalam reaksi sebagai berikut:

Karbon dioksida + air + tenaga matahari Glukosa + Oksigen

6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2

Kemampuan dari tumbuh-tumbuhan hijau membentuk molekul gula ini memberikan kehidupan di alam ini untuk mendapatkan tenaga bagi kehidupannya.

Produsen, konsumen dan dekomposer merubah karbon ini dalam makanannya dan mengembalikannya ke alam dalam bentuk karbon dioksida dan air dalam proses respirasi sel. Respirasi sel ini memberikan tenaga tumbuh-tumbuhan dan hewan-hewan untuk hidup dengan menggunakan molekul gula untuk dirombak denga oksigen. Hal ini dapat dituliskan dalam persamaan reaksi di bawah ini:

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + tenaga

Tanaman membebaskan oksigen pada waktu fotolisis di air selama fotosintesis. Gas oksigen dipergunakan dalam respirasi pada seluruh organisma dalam oksidasi organic, dimana oksigen ini sangat berguna bagi kehidupan sehari-hari (Kimball, 1983).

Oksigen yang bebas sebenarnya bukan yang murni tetapi kadang-kadang dapat berupa CO2, oksigen yang murni hanya kemungkinan kepada cahaya ultra violet yaitu pada pagi hari. CO2 ini dapat juga terjadi hasil dari oksidasi pelapukan maupun pengendapan-pengendapan di dalam tanah baik dari hewan maupun dari manusia (Kimball, 1983).

Oksigen yang bebas tadi diambil oleh makhluk hidup yaitu tumbuhan dan hewan. Setelah oksigen ini memasuki tubuh makhluk hidup maka terjadi suatu pertukaran zat yaitu pada waktu respirasi, meskipun oksigen yang dikeluarkan itu tidak murni dalam pengertian sudah bercampur dengan gas-gas lain. Kalau pada manusia dan hewan terjadinya respirasi tadi waktu bernafas maka pada tumbuh-tumbuhan terjadi pada waktu penguapan yaitu pada siang hari. Daur itu dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar 2.1 Daur Oksigen (Sumber: www.britannica.com)2.2 Daur Nitrogen

Semua makhluk hidup memerlukan atom nitrogen untuk pembentukan protein dan berbagai molekul organik esensial lainnya. Udara yang berisi 79% nitrogen, berfungsi sebagai reservoar bahan ini. Walaupun ukuran pul nitrogen itu besar, acap kali merupakan unsur pembatas bagi makhluk hidup. Hal ini karena kebanyakan organisme tidak dapat menggunakan nitrogen dalam bentuk unsur, yaitu, sebagai gas N2. Agar tumbuhan dapat membuat protein, tumbuhan harus memperoleh nitrogen dalam bentuk terfiksasi (terikat), yaitu tergabung dalam senyawa-senyawa. Bentuk yang paling umum digunakan ialah sebagai ion nitrat, NO3-. Meskipun demikian, substansi lain seperti ammonia, NH3, dan urea (NH2)2CO, digunakan secara berhasil, baik dalam sistem alam maupun sebaga pupuk dalam pertanian (Kimball, 1983).Nitrogen, unsur keempat dari unsur-unsur makro, penting dalam pembentukan protein-protein yang dibuat setengah dari tubuh berat kering suatu makhluk hidup. Pada proses ini, nitrogen ditambahkan pada molekul gula membentuk sejumlah asam amino yang berbeda-beda dalam membentuk senyawa protein itu. Protein tidak hanya penting untuk komponen dari otot bagian dalan dan bagian lain dari tubuh, tetapi juga enzim yang membuat keseimbangan dari kecepatan reaksi-reaksi kimia dalam kehidupan ini. Meskipun 4/5 dari atmosfir kita terdiri dari Nitrogen, tumbuhan tidak dapat mengasimilasikannya secara langsung tetapi tetapi harus mengabsorbsinya dari dalam tanah dalam bentuk partikel muatan listrik yang disebut ion-ion, yang terbentuk pada garam-garam yang larut dalam air. Sebagai contoh, suatu molekul sodium dengan muatan positif (Na+) dan satu ion dari Nitrat (NO3) dengan muatan negatif tunggal. Ion-ion ini berpindah di sekitar secara bebas di sebagai larutan tanah dan akan memasuki rambut sel tanaman secara selektif dari membaran-membran atau selaput dinding sel (Ramli, 1989).Fiksasi Nitrogen. Molekul nitrogen, N2, sangat lamban. Untuk memecahkan molekul itu agar atom-atomnya dapat bergabung dengan atom-atom lain diperluka pemasukan sejumlah besar energi. Tiga proses berperan penting dalam fiksasi nitrogen dalam biosfer. Salah satu diataramya ialah halilintar. Energi yang luar biasa besarnya pada halilintar memecahkan molekul-molekul nitrogen dan memungkinkan bergabung dengan oksigen dalam udara. Proses ini analog dengan yang terjadi dalam mesin pembakar internal. Nitrogen oksida terbentuk yang larut dalam hujan membentuk Nitrat. Dalam bentuk ini senyawa itu terbawa ke bumi. Fiksasi nitrogen di atmosfer ini mungkin diperkirakan sekitar 5-8% dari keseluruhannya (Kimball, 1983).Keperluan akan nitrat dalam pembuatan bahan peledak yang konvensional mengakibatkan perkembangan proses fiksasi nitrogen secara industri di Jerman, pada Perang Dunia I. Dalam proses hidrogen ini (biasanya berasal dari gas alam atau petroleum) dan nitrogen bereaksi untuk membentuk ammonia, NH3. Agar reaksi itu berjalan secara efisien, harus dalam suhu tinggi (600C), dengan tekanan yang tinggi sekali, dana da suatu katalisator. Sekarang, sebagian besar nitrogen terfiksasi secara industry digunakan sebagai pupuk. Produk semula, ammonia, dapat digunakan secara langsung sebagai pupuk. Akan tetapi, sebagian besar daripadanya, diproses lebih lanjut menjadi pupuk biasanya lainnya, misalnya urea dan amonium nitrat, NH4NO3. (Kimball, 1983).Keperluan pertanian yang semakin meningkat telah menyebabkan produk nitrogen terfiksasi secara industri semakin meningkat. Mungkin sebanyak sepertiga dari seluruh fiksasi nitrogen yang terjadi sekarang dalam biosfer dicapai secara industri. Hal ini benar-benar merupakan gangguan manusiawi yang luar biasa terhadap fungsi biosfer. Secara pasti produktivitas pertanian kita bergantung pada laju fiksasi nitrogen yang sekarang ini amat tinggi. Akan tetapi, efek sampingnya yang merusak dapat terlihat pada danau dan sungai karena pupuk nitrogen merembes dari tanah pertanian sekitarnya (dan lapangan rumput) dan menyuburkan kembang algae. (Kimball, 1983).Pengaruh kita terhadap laju fiksasi tidak terbatas pada kegiatan industry. Budidaya polong-polongan secara meluas, khususnya alfalfa (Medigcago sativa) dan kacang kedelai telah sangat meningkatkan laju fiksasi nitrogen secara meluas. Legume adalah family tumbuhan polong (termasuk kacang polong, alfalfa, dan semanggi) yang akar-akarnya dihuni oleh bakteri-bakteri gram-negatif dari genus Rhizobium. Bakteri-bakteri itu mampu meningkat nitrogen atmosfer, baik bagi inangnya maupun bagi dirinya sendiri (Kimball, 1983).Mikroorganisme tertentu lainnya dapat mengikat nitrogen atmosfer. Sebenarnya, kemampuan mengikat nitrogen ternyata merupakan kemampuan prokariota semata-mata. Beberapa aktinomisetes hidup bergabung dengan tumbuhan selain legume. Bakteri lain yang mengikat nitrogen (misalnya Azotobacter, Clostridium) hidup bebas dalam tanah. Beberapa algae hijau-biru juga mampu mengikat nitrogen dan berperan dalam mempertahankan kesuburan lingkungan sedikit berair (semiakuatik) seperti sawah-sawah (Kimball, 1983).

Meskipun sudah banyak penelitian dilakukan, masih belum kelas bagaimana pengikat nitrogen mampu mengatasi penghalang energi tinggi yang terlibat dalam proses itu. Pengikat-pengikat itu memerlukan suatu enzim, yang dinamakan nitrogenase, dan pemakaian ATP yang sangat besar. Walaupun produk pertama yang stabil dalam proses itu yang mengandung nitrogen. Lalu untuk tujuan kita, fiksasi nitrogen menuju kepada penggabungan nitrogen dengan protein tumbuhan (dan protein mikroba). Tumbuhan yang tidak mempunyai keuntungan dari gabungan pengikat nitrogen membuat proteinnya dari nitrogen yang diambil dari tanah - biasanya sebagai nitrat (Kimball, 1983).Pembusukan. Protein yang dibuat oleh tumbuhan masuk dan melalui jaring-jaring makanan seperti pada karbohidrat. Pada setiap tingkatan trofik, terdapat kehilangan yang kembali ke sekitarnya, terutama dalam ekskresi. Yang terakhir mengambil keuntungan dari senyawa nitrogen organik ialah mikroorganisme pembusuk. Melalui kegiatan molekul-molekul yang mengandung nitrogen organik dalam ekskresi dan bangkai itu dirombak menjadi ammonia (Kimball, 1983).Nitrifikasi. Amonia dapat secara langsung diambil oleh tumbuhan melalui akar dan sebagaimana diperagakan dalam beberapa spesies, melalui daun-daunnya. (Yang terakhir ini bila dihadapkan pada gas ammonia yang berlabelkan isotope, menggabungkan label tersebut dalam proten). Akan tetapi, sebagian besar ammonia yang dihasilkan oleh pembusukan diubah menjadi nitrat. Hal ini terlaksana dalam dua langkah. Bakteri genus Nitrosomonas mengoksdasi NH3 menjadi nitrit (NO2-). Nitrit kemudian dioksidasikan menjadi nitrat (NO3-) oleh bakteri genus Nitrobacter. Kedua kelompok bakteri hemoautotrofik ini disebut bakteri nitrifikasi. Melalui kegiatannya (yang menyediakan baginya semua keperluan energinya), nitrogen dengan mudah tersedia bagi akar tumbuhan (Kimball, 1983).Denitrifikasi, jika proses-proses yang dibahas di atas itu merupakan cerita lengkap mengenai daur nitrogen, kita akan dihadapkan reduksi tetap dalam pul nitrogen atmosfer yang bebas karena menjadi terikat dan mulai mendaur melalui berbagai ekosistem. Proses lain, denitrifikasi, mereduksi nitrat menjadi nitrogen, dengan demikian mengisi kembali atmosfir. Sekali lagi, bakteri adalah gen yang terlibat. Bakteri-bakteri ini hidup jauh didalam tanah dan dalam sedimen cair yang jumlah oksigennya sangat terbatas. Bakteri tersebut menggunakan nitrat sebagai suatu alternatif terhadap oksigen untuk akseptor electron terakhir dalam respirasinya. Dengan demikian mereka menutup daur nitrogen. Apakah aktivitas bakteri tersebut sama cepatnya dengan efisensi yang terus menurus meningkat dalam memajukan fiksasi nitrogen masih harus diselidiki (Kimball, 1983).

Gambar 2.2 Daur Nitrogen (Sumber: www.swac.umn.edu)2.3 Daur Potassium

Potasium, Kalsium dan Magnesium merupakan 3 unsur makro yang diabsorbsi sebagai ion-ion positif, K+ Ca++ dan Mg++. Pada ekosistem darat, partikel-partikel tanah liat dan humus merupakan bagian yang penting dalam daur karena muatan negatif akan beraksi dengan ion-ion positif dan menyimpannya dari proses pencucian dan terkikisnya dari suatu ekosistem. Ion-ion ini menjadi tersedia bagi tumbuh-tumbuhan pada saat akar tanaman menghasilkan ion-ion muatan positif dari H+ yang tersedia dalam larutan tanah dan menempati daerah permukaan tanah liat dan partikel-partikel humus (Ramli, 1989).Dimulai dengan potasium, kalsium dan magnesium yang kesemuanya berperan dalam pertumbuhan dan perkembangan dari daun, kita ambil contoh daur dari ion-ion ini di dalam hutan. Setelah diabsorbi dari air tanah oleh akar tanaman seperti pohon, kemudian di angkut ke atas menuju batang dan menumbuhkan daun-daun, dimana potasium mengontrol pembelahan sel-sel, kalsium menjadi bagian dari lapisan lamella dari dinding sel tanaman, dan magnesium diasimilasikan ke dalam molekul-molekul klorofil. Pada akhir dari musim pertumbuhan, daun jatuh ke lantai hutan kembali. Di sini, proses dekomposisi mengembalikan unsur-unsur hara ini kedalam tanah, dan kembali tersedia untuk diabsorbi tanaman lagi. (Ramli, 1989).

Gambar 2.3 Daur Potassium (Sumber: http://www.depi.vic.gov.au)2.4 Daur Kalsium

Senyawa kalsium sangat umum ditemukan dalam batuan-batuan di bumi. Beberapa senyawa mudah larut, sehingga kalsium juga terdapat dalam air. Organisma mengambil senyawa yang larut ini bersamaan dengan kegiatannya seperti mengambil untuk minum (Ramli, 1989).

Tumbuh-tumbuhan darat menyerap senyawa-senyawa kalsium dari tanah. Kalsium dalam tumbuh-tumbuhan dapat berpindah ke konsumen tingkat pertama ke konsumen tingkat kedua, atau setiap tahap kalsium dapat dikembalikan ke tanah atau air oleh saprovor. (Ramli, 1989).

Bermacam-macam organisma menggunakan senyawa kalsium untuk membangun kerangkanya, biasanya dalam bentuk rumah kerang yang dapat diuraikan oleh saprovor, sehingga jika organisma ini mati, kerangkanya terhapus di dasar lautan, danau atau kolam. Selama berjuta-juta tahun jerangka ini menjadi padat sekali disebabkan proses-proses pembentukan dalam kulit bumi, sehinga terbentuklah batuan-batuan. Kelak batu-batuan ini terangkat ke atas membentuk bukit-bukit atau gunung-gunung, kemudian senyawa-senyawa dari batuan ini larut lagi dan masuk ke dalam daur air, melalui parit-parit dan anak sungai terus menuju laut. Arus dari daur ini kembali ke laut (Ramli, 1989).

Gambar 2.4 Daur Kalsium (Sumber: http://www.eco-gem.com/calcium-cycle/)2.5 Unsur mikro

Unsur-unsur mikro mempunyai peranan yang utama sebagai bagian yang penting dari sitem enzim yang berbeda-beda. Klorin kelihatannya memainkan peranan dalam menghasilkan ATP. Sodium terdapat sebagai unsure yang diperlukan oleh tanaman beet untuk menghasilkan pembesaran akar. Bila mana satu tanaman tidak mempunyai unsure boron, maka sel-sel meristemnya yang bertanggung jawab untuk pertumbuhan akar-akar, batang-batang dan daun-daun akan mati. Beberapa unsure-unsur mikro, diperlukan untuk fungsi-fungsi tertentu dalam tubuh beberapa tanaman. Sebagai contoh, Diaptomae dari anggota fitoplankton ber sel satu memerlukan silicon untuk membangun dinding yang indah dari dinding sel tubuhnya, dan pada ekosistem darat, silicon yang sama akan membantu memperkuat batang-batang dari rumput-rumput. Unsur-unsur mikro terdapat sebagai garam-garam mineral, diabsorbsi kedalam tumbuh-tumbuhan dalam bentuk ion-ion, dan mengikat daur yang seruoa dengan belerang dan potassium (Ramli, 1989).Daur ManganTersedia dalam bentuk ion, terdapat di dalam tanah alkalis yang mengandung bahan-bahan organik yang tinggi. Dalam keadaan aerobik, mangan (Mn) dioksidasi: rekasinya sebagai berikut:

MnO ( MnO2 jadi dari Mn2- ke Mn-Kesamaan tanah dengan kandungan bahan organik yang rendah dan dalam keadaan aerobic dapat mengakibatkan keracunan.

Silikon (Si)

Merupakan unsur yang penting pada lingkungan lautan, sebagai bahan dari dinding penutup Diatome, Radiolaria, Flagellata dan dapat sebagai regulator dari pengaruh pH di larutan.

Si terbentuk dari bahan yang terdapat dari peapukan batuan , dan akan mencapai laut dalam keadaan terlarut yang merupakan particulat dari aliran air dalam bentuk persenyawaan Si (OH)4 yang akan dipergunakan Diatomae untuk pertumbuhan dan pembelahan selnya.

Dalam Si ditemukan dalam reaksi persenyawaan dibawah ini :

3A12SiO5(OH) + 4SiO2 + 2K + 2Ca++ 39H2O ( 2 KCaAL3Si5O16(H2O)6 + 6H+Merkuri (Hg)

Merkuri terdapat dalam bentuk persenyawaan yang terdapat pada hati vertebrata dan ginjal. Dalam bentuk persenyawaan methyl-mercury dapat membahayakan organisme yaitu menurunkan kemampuan kerja dari fungsi system saraf pusat. Keracunan dapat melalui ikan-ikan. Anak-anak dapat pula mengalami keracunan karena mengkonsumsi hewan yang memakan biji tumbuhan yang mengandung senyawa phenyl mercuric asetat (Ramli, 1989).Merkuri memasuki atmosfera dalam bentuk gas dan partikulat yang terbentuk dari proses alam seperti aktivitas gunung berapi; dan dapat pula dari aktivitas manusia seperti pembakaran minyak/bantuan dan pemakaian fungisida yang mengandung senyawa merkuri. Unsure ini kembali ke alam dibawa oleh hujan yang akan membuat kontaminasi pada sungai-sungai dan mengalir sampai ke laut. Senyawa metal merkuri terjadi pada tubuh zooplankton yang mengkonsumsi fitoplankton seperti diatomae dan dinoflagellata; kemudian konsumen primer, kopepoda yang memakan organisme zooplankton mengakumulasikan metal merkuri sehingga konsentrasi persenyawaan itu semakin tinggi pada hewan itu dan berjalan terus sebagai suatu rantai makanan yang kemudian dimakan oleh ikan-ikan dengan jalan mengabsorbsi kembali metil merkuri lewat gill epithelium dan melewati jaringan epidermis (Ramli, 1989).Aktivitas manusia dalam daur merkuri di alam ini relatif kecil dibandingkan dengan yang terjadi secara alami, sehingga kadang-kadang diabaikan; tetapi dengan melihat pengaruh yang memberikan dampak negatif di atas maka sebaiknya aktivitas yang akan membahayakan manusia harus dikurangi dan dicegah (Ramli, 1989).Suatu Model Daur Zat Hara

Ahli ekologi mendapatkan cara yang mudah dalam mepelajari pergerakan zat hara di dalam ekosistem dengan membentuk ukuran yang khas yang disebut compartments. Untuk suatu sistem daratan, model yang digambarkan dalam Gambar 2.5, menunjukkan tempat zat hara pada 4 kompartemen yaitu: kompartemen organik, kompartemen zat hara yang tersedia, partikel mineral dan kompartemen bantuan, dan kompartemen atmosfera. Pada kompartemen organik, zat hara merupakan kelompok organisme yang makroskopis dan mikroskopis, sebagia organism hidup yang mati dan hancuran organik. Kompartemen zat hara yang tersedia terdiri dari ion-on hara yang terdapat baik dalam air tanah tau tersimpan pada permukaan tanah liat dan partikel humus. Partikel mineral dan kompartemen batuan mengandung zat hara yang secara temporer tidak tersedia untuk organisme hidup karena terikat dengan partikel-partikel mineral dan batuan. Dalam proses waktu yang panjang, akan tersedia disebabkan proses pelapukan, nutrient pada permukaan akan dilepaskan sebagai ion-ion menjadi hara yang tersedia bagi organism. Kompartemen atmosfera mengandung gas-gas yang dipatkan diatas dan didalam tanah (Ramli, 1989).

Gambar 2.5 Model daur zat hara (Ramli, 1989)Tanda panah menunjukkan pergerakan dari zat hara dari satu kompartemen ke bagian lainnya. Pada saat ahli ekologi menemukan suatu daur pada ekosistem, dia kan mengukur berapa banyak tiap-tiap hara yang diprtukarkan diantara kompartemen itu dalam satuan waktu. Rata-rata dari pergerakan zat hara itu lebih penting dalam mengetahui produktivitas biologis dari pada sejumlah yang terdapat hanya pada satu tempat saja. Para ahli pengetahuan juga menemukan isotop radioaktif sangat menolong dalam mengikuti rata-rata pergerakan dari atom yang bergerak dianatar kompartemen (Ramli, 1989).Diagram juga menunjukkan pergerakan zat hara dari suatu ekosistem ke ekosistem lainnya. Pada saat materi memasuki suatu ekosistem sebagai suatu masukan, dan kemudian meninggalkannya sebagai suatu keluaran. Keadaan yang menyebabkan pergerakan ini dapat disebabkan oleh meteorologist, geologis ataupun biologis. Daun yang jatuh ke dalam danau memperlihatkan masukan meteorologis. Erosi tanah karena longsornya permukaan tanah dapat digambarkan sebagai keluaran geologis. Seekor hewan yang makan tumbuh-tumbuhan dalam suatu padang rumput dan kemudian membuang materi fesesnya dalam hutan dapat dimasukan sebagai keluaran biologis dari suatu lapangan dan masukan biologis kedalam hutan (Ramli, 1989).Ketika membangun suatu kumpulan zat hara untuk suatu ekosistem, seorang ahli ekologi harus mengambil perhitungan berapa banyak tiap-tiap zat hara memasuki dan meninggalkan system itu dalam unit waktu, sebagai contoh, dalam memperkirakan hujan dan salju sebagai masukan yang dibawa secara meteorologis dan arus air sebagai keluaran tranpor dari geologis yang utama. Untuk mengenal apakah ekosistem telah gain terbangun atau hilang dari zat haranya, ahli ekologi akan mengukur sejumlah hujan yang incoming dan salju, dan perginya air yang mengalir dan kemudian menganalisisnya konsentrasi-konsentrasi zat hara itu (Ramli, 1989).2.6 Ekologi Biokimia

Kemajuan dan perkembangan pada geografi botani dan ekologi tumbuh-tumbuhan menyebabkan pengertian-pengertian yang lebih baik di dalam memahami pengaruh kimia pada lingkungan. Ahli geografi botani dan taksonomi telah banyak mencatat spesifisitas dari flora-flora pada daerah-daerah timbunan kapur dan batu lem lainnya. Yang sangat dikenal dengan istilah tumbuh-tumbuhan Halophylic, yang dapat pula hidup pada kadar garam dalam tanah. Tumbuh-tumbuhan halophylic ini adalah dari familia Chenopodiaceae, Frankeniaceae, dan Tamaricaceae, yang keberadaannya pada tanah-tanah yang berkadar garam tinggi (Ramli, 1989).

Sifat-sifat umum dari vegetasi di daratan yang kaya dengan unsur-unsur tambahan telah banyak diketahui. Flora-flora yang bervariasi seperti jenis Halmeine yang biasanya terdapat pada tanah yang kaya dengan zinkum (Zn), ternyata mengandung selenium, copper, nikel, chrom, cobalt, barium, berrilium, dan flora lain yang sesuai dengan unsur yang paling menonjol yang terdapat dalam tanah. Tumbuh-tumbuhan yang bersama-sama Halmeine juga ditemukan sebagai variasi/spesies baru pada lokal itu dibawah pengaruh dari kondisi tanah yang ada disana. Contoh dari tumbuh-tumbuhan itu adalah Viola calaminaria, Thlapsi alpestre spp., Minuartia verna spp., Armenia calaminaria, Armenia halleri (Ramli, 1989).

Perhatian utama dari mempelajari flora yang mengandung serpenti yang tumbuh pada batuan ultra basicperiodotie, olivinite, dan hasil-hasil metamorfosisnya yaitu serpentin-serpentin itu. Tanah-tanah disitu mengandung magnesium, nikel, chrom, dan kobalt; tetapi sedikit sekali mengandung Calsium. Seluruh bagian dari daerah serpentin menunjukkan gambaran sebagai berikut:

1) Kesuburan tanah yang rendah.

2) Vegetasi sangat jarang dan tumbuhan bersifat xerofit.

3) Satu flora kaya dengan indigenous spesies yang menunjukkan vegetasi yang sangat tajam sekali perbatasan dengan territorial sekitarnya.Sebagai contoh, Cerestium alpinum varietas serpentinicola dan Visicaria alpine var serpentinicola.

Zakharov dan Zakharova (1970) menemukan suatu area terbuka dengan batuan dan timbunan batuan yang mengandung kobalt di Tuva, dimana terdapat copper lebih banyak dibandingkan kobalt dan nikel. Pada area ini ditemukan spesies Artemisia frigida dan spesies Actogeron hanya kadang-kadang saja ditemukan (Ramli, 1989).Vinogradov (1983) menemukan 2 macam daerah penyebaran biokimia ini. Daerah pertama terdapat pada daerah yang kecil maupun area yang luas dan sering pula ditemukan pada tanah dengan zona iklim yang khas. Karena itu dikenal dengan nama daerah zonal biokimia. Memiliki tanah podsol dan tanah hutan turf-podsol, yang memanjang dari USA sampai keseluruhan daratan Eropa, Belanda, Denmark, Polandia, Baltic dan USSR, dan kemudian menyeberang sepanjang Siberia dan terus ke timur sepanjang sungai Zea dan Burea. Area geokimia ini memiliki ciri khas dengan adanya Calsium, Pospor, potanssium, cobalt, copoer, iodine, Boron, Molybden, dan elemen lainnya (Ramli, 1989).Tipe kedua dari daerah geokimia itu yaitu daerah yang distribusiya tidak berhubungan dengan tanah zona iklim itu itu yang dikenal dengan istilah tipe azonal; (interzonal). Ciri khas ini ditandai dengan adanya timbunan garam, sesuatu yang dapat muncul karena gejala volkanik, adanya kepingan batuan dan timbunan terjadi secara alamiah yang terjadi bersama-sama unsur-unsur kimia dalam lingkungan dan organsme yang terdapat di dalamnya. Contoh daerah ini yaitu daerah yang mengandung Boron yang terdapat pada timbunan boron di Lake Tinder; Flour yang terdapat sekitar gunung yang aktif, dan molybden di Kaukasus (Ramli, 1989).Selama 30 tahun yang lalu telah diketahui daerah geokimia yang dapat menimbulkan akibat karena kelebihan atau defisiensi dari lebih 30 unsur-unsur kimia, seperti kobalt, iodine, seng, molybden, tembaga, selenium, mangan, berilium dan sebagainya. Informasi banyak ditemukan dalam berbagai publikasi seperti adanya pengaruh pemakaian kobalt pada ternak. Pengobatan dengan tablet yang mengandung kobalt selama 35 hari telah memperbaiki kondidi dari ternak it menjadi normal kembali; Pemakaian konsentrasi yang tinggi dari Boron bisa mematikan tumbuhan; Kelebihan Boron juga menyebabkan rontoknya rambut dari tubuh biri-biri (Ramli, 1989).Kovalsky dan Petrunina (1964) menyimpulkan bahwa bentuk fisiologi terdiri dari fase-fase evolusi penting dalam kemampuan megadaptasi dari tumbuh-tumbuhan pada lingkungan geokimianya. Bentuk-bentuk itu dapat ditemukan sebagai bentuk konsentrasi obligat maupun fakultatif untuk mencegah penyebaran sifat-sifat dan perkembangan dari fisiologis varitas baru. Akhir dari fase seleksi itu adalah dalam keadaan tidak mampu beradaptasi ataupun kematian dimana bentuk adaptasi itu adalah perkembangan dari spesies formasi, sebagai berikut:

Gambar 2.6 Skema menggambarkan bentuk tanggapan (respon) dari tumbuhan pada konsentrasi yang tinggi dari unsur-unsur kimia pada lingkunganBAB IIIPENUTUP

3.1 Kesimpulan

1. Siklus oksigen adalah proses pertukaran oksigen di bumi ini yang berlangsung secara terus menerus tidak ada habisnya. Dengan siklus, pertama Oksigen yang bebas tadi diambil oleh makhluk hidup yaitu tumbuhan dan hewan. Setelah oksigen ini memasuki tubuh makhluk hidup maka terjadi suatu pertukaran zat yaitu pada waktu respirasi, meskipun oksigen yang dikeluarkan itu tidak murni dalam pengertian sudah bercampur dengan gas-gas lain. Kalau pada manusia dan hewan terjadinya respirasi tadi waktu bernafas maka pada tumbuh-tumbuhan terjadi pada waktu penguapan yaitu pada siang hari.

2. Siklus Nitrogen dalam bentuk bebas diikat dalam bentuk amoniak dan juga dalam bentuk nitrat.Siklus nitrogen dapat terjadi melalui rangkaian proses yang saling berhubungan, yakni, fiksasi, pembusukan, nitrifikasi juga. Denitrifikasi. Nitrogen memegang peranan kritis dalam siklus organic dalam menghasilkan asam-asam amino yang membuat protein.

3. Daur potasium terdiri dari 3 unsur makro yaitu potasium, kalsium dan magnesium yang kesemuanya berperan dalam pertumbuhan dan perkembangan dari daun.4. Daur Kalsium yaitu ketika tumbuh-tumbuhan darat menyerap senyawa-senyawa kalsium dari tanah. Kalsium dalam tumbuh-tumbuhan dapat berpindah ke konsumen tingkat pertama ke konsumen tingkat kedua, atau setiap tahap kalsium dapat dikembalikan ke tanah atau air oleh saprovor.

5. Unsur-unsur mikro mempunyai peranan yang utama sebagai bagian yang penting dari sitem enzim yang berbeda-beda. Contohnya Klorin memainkan peranan dalam menghasilkan ATP, Mangan, Silikon dan Merkuri.6. Kemajuan dan perkembangan pada geografi botani dan ekologi tumbuh-tumbuhan menyebabkan pengertian-pengertian yang lebih baik di dalam memahami pengaruh kimia pada lingkungan. Seluruh bagian dari daerah serpentin menunjukkan gambaran sebagai: Kesuburan tanah yang rendah, Vegetasi sangat jarang dan tumbuhan bersifat xerofit, Satu flora kaya dengan indigenous spesies yang menunjukkan vegetasi yang sangat tajam sekali perbatasan dengan territorial sekitarnya.

DAFTAR RUJUKANDavidson, Daniel. 2014. The Calcium Cycle. (Online), (http://www.eco-gem.com/calcium-cycle/), diakses 14 Maret 2015. Kimball, John W. 1983. Biologi Jilid 3 Edisi ke 5. Jakarta: Erlangga.Ramli, Dzaki. 1989. Ekologi. Jakarta: Depdikbud Direktoral Jenderal Pendidikan Tinggi Proyek Pengembangan Lembaga Pendidikan Tenaga Pendidikan.The State of Victoria. 2015. What Nutrients Do Plants Require. (Online), (http://www.depi.vic.gov.au), diakses 14 Maret 2015.University of Minnesota. 2014. Ntrogen Cycle. (Online), (www.swac.umn.edu), www.britannica.com

1

3

19