Pengertian Aliran Energi dalam Ekosistem dan Daur Biogeokimia

Pengertian Aliran Energi dalam Ekosistem dan Daur Biogeokimia

Energi dalam Ekosistem

Energi dalam Ekosistem

Energi dalam Ekosistem – Energi matahari merupakan sumber energi yang penting di alam, di samping sumber energi lain. Melalui serangkaian organisme energi matahari akan berpindah dan berubah dari satu bentuk energi ke bentuk lain. Energi mengalami aliran dari bagian satu ke bagian lain, tanpa mengalami pengurangan. Tidak ada energi yang hilang (musnah) dalam aliran energi. Banyaknya energi matahari yang ditangkap oleh produsen berbeda-beda jumlahnya, dipengaruhi oleh ketinggian dari permukaan laut (dpl) dan penutupan oleh tumbuhan suatu wilayah. Hanya sebagian kecil energi matahari yang mampu diserap oleh klorofil dan digunakan oleh sintesis senyawa organik. Energi ini kemudian disimpan dalam bentuk energi kimia. Kecepatan menyimpan energi kimia oleh produsen disebut produksi primer kotor (PPK). Sekitar 20% dari PPK digunakan oleh tumbuhan (produsen) untuk kegiatan respirasi dan fotorespirasi. Sisanya disimpan oleh produsen sebagai produksi primer bersih (PPB). Energi dalam produsen, kira-kira sebesar 10%, akan berpindah ke konsumen primer (herbivora) melalui peristiwa konsumsi (memakan).

Energi dalam Ekosistem – Oleh konsumen primer energi tersebut digunakan untuk respirasi yang menghasilkan energi, selanjutnya energi yang dihasilkan dipakai untuk pertumbuhan, reproduksi, mengganti sel-sel yang rusak. Melalui rantai makanan energi akan berpindah ke karnivora I, lalu berpindah ke karnivora II. Produktivitas yang menghasilkan energi yang tersimpan dalam tubuh konsumen disebut produktivitas sekunder. Adapun produktivitas yang menghasilkan energi yang tersimpan dalam tubuh produsen disebut produktivitas primer. Energi yang terkandung dalam tubuh produsen maupun konsumen akan dimanfaatkan oleh detritivor dan dekomposer jika organisme produsen dan konsumen mati. Demikian pula energi dalam zat buangan sisa pencernaan (egesta), dan zat buangan sisa metabolisme tubuh (ekskreta). Melalui proses dekomposisi (penguraian) senyawa organik dari bangkai, egesta dan ekskreta akan diuraikan menjadi zat-zat anorganik yang akhirnya kembali ke alam. Jadi, energi mengalami perpindahan dari sumbernya ke komponen-komponen biotik ekosistem (produsen, konsumen, detritivor, dekomposer), tapi tidak kembali lagi ke sumbernya (matahari). Inilah yang dinamakan aliran energi (energy flow), bukan siklus energi.

Rantai Makanan dan Jaring-Jaring Makanan

Energi dalam Ekosistem – 1. Rantai makanan Perpindahan materi dan energi dalam ekosistem berlangsung melalui serangkaian organisme. Organisme konsumen, baik herbivora, karnivora, maupun omnivora, serta detritivor dan dekomposer berperan penting dalam proses tersebut. Demikian pula produsen sebagai pihak yang menyediakan energi kimia bagi konsumen. Proses perpindahan materi dan energi melalui serangkaian organisme dalam peristiwa makan dan dimakan dengan urutan tertentu yang berlangsung satu arah dinamakan rantai makanan. Tiap-tiap kedudukan dalam rantai makanan disebut tingkat trofi. Dalam rantai makanan tingkat trofi pertama tidak selalu ditempati oleh produsen. Oleh karena itu ada beberapa macam rantai makanan ditinjau dari komponen yang menduduki tingkat trofi pertamanya, yaitu sebagai berikut. a. Rantai makanan perumput Jika kedudukan tingkat trofi pertamanya ditempati produsen. Contohnya: padi o tikus o ular o elang Pada contoh tersebut tingkat trofi pertamanya padi (produsen), tingkat trofi kedua tikus (konsumen pertama), tingkat trofi ketiga ular (konsumen kedua), dan tingkat trofi keempat ditempati oleh elang (konsumen ketiga). b. Rantai makanan detritus Jika kedudukan tingkat trofi pertamanya ditempati oleh detritus. Contoh: kayu lapuk o rayapo ayam o elang Pada contoh rantai makanan di atas tingkat trofi pertamanya ditempati oleh kayu lapuk (detritus), tingkat trofi keduanya rayap (detritivor), tingkat trofi ketiga ditempati ayam (konsumen kedua), dan tingkat trofi keempat ditempati oleh elang (konsumen ketiga).

2. Jaring-jaring makanan Dalam ekosistem tiap trofi dapat dimakan atau memakan lebih dari satu organisme pada tingkat trofi yang lain. Dari hal tersebut dimungkinkan terjadi proses makan dan dimakan dengan rangkaian yang kompleks. Bila beberapa rantai makanan saling berhubungan terbentuk jalinan yang kompleks akan membentuk jaring-jaring makanan (perhatikan Gambar 9.5). Jadi, jaring-jaring makanan merupakan kumpulan dari beberapa rantai makanan yang saling berhubungan.

Energi dalam Ekosistem

Daur Biogeokimia

Di alam ini banyak terdapat unsur-unsur kimia, baik yang terdapat dalam tubuh organisme, di air, dalam tanah maupun di batuan serta mineral. Unsur-unsur tersebut terikat dalam bentuk senyawa kimia, baik senyawa organik maupun senyawa anorganik. Melalui serangkaian organisme dan lingkungan fisik, unsur-unsur tersebut mengalami daur/siklus. Daur yang melibatkan unsur-unsur senyawa kimia dan mengalami perpindahan melalui serangkaian organisme inilah yang disebut daur biogeokimia. Dalam bagian ini akan dibahas mengenal beberapa daur.

1. Daur nitrogen (N) Nitrogen merupakan bagian terbesar penyusun gas dalam atmosfer bumi (sekitar 78%). Nitrogen di udara bebas tidak banyak bermanfaat bagi organisme. Oleh karena itu nitrogen bebas tersebut perlu difiksasi (ditambat) agar lebih dirasakan manfaatnya. Proses fiksasi nitrogen dari udara dapat berlangsung oleh kegiatan fiksasi industri (misalnya industri pupuk nitrogen), fiksasi oleh mikroorganisme baik secara simbiotik maupun nonsimbiotik (bakteri, alga biru), maupun fiksasi oleh peristiwa alam seperti kilat atau petir yang menyebabkan terbentuknya senyawa nitrat. Selanjutnya nitrat diserap oleh akar tumbuhan untuk digunakan dalam sintesis asam amino, komponen pembentuk protein. Protein tumbuhan dikonsumsi oleh hewan dan manusia, dan dikeluarkan lagi melalui feses, urin, ekskret bernitrogen lain.

Energi dalam Ekosistem – Bersama dengan hewan dan tumbuhan mati, zat buangan bernitrogen tersebut akan mengalami pembusukan dan penguraian oleh bakteri dan fungi membentuk senyawa amoniak dan amonium. Oleh bakteri Nitrosomonas, Nitrosococcus amoniak dan amonium diubah menjadi nitrit. Proses perubahannya dinamakan nitritasi. Oleh bakteri Nitrobacter nitrit diubah menjadi nitrat, proses perubahannya dinamakan nitratasi. Gabungan dari nitritasi dan nitratasi dinamakan nitrifikasi. Senyawa nitrat tersebut akhirnya diserap kembali oleh akar tumbuhan. Ada jenis bakteri yang mampu mengubah nitrat dalam tanah menjadi nitrogen bebas, yaitu bakteri Thiobacillus denitrificans dan Pseudomonas denitrificans (keduanya disebut bakteri denitrifikasi). Proses perubahan nitrat dalam tanah menjadi nitrogen di udara bebas dinamakan denitrifikasi. Perubahan ini tentu sangat merugikan bagi kesuburan tanah.

2. Daur Karbon (C) Gas karbon dioksida (CO2 ) hanya terdapat sekitar 0,035% di atmosfer bumi. Kadar tersebut akan mengalami peningkatan sejalan dengan pembebasan gas CO2 baik oleh kegiatan manusia maupun oleh peristiwa alam. Gas tersebut berasal dari pembakaran bahan bakar fosil (minyak bumi), pembakaran atau kebakaran hutan, aktivitas gunung api. Organisme produsen memanfaatkan CO2 udara untuk melakukan sintesis senyawa organik, baik melalui fotosintesis maupun kemosintesis. Senyawa organik hasil fotosintesis dimanfaatkan oleh organisme heterotrof (hewan, manusia) sebagai sumber energi. Melalui respirasi senyawa organik tersebut dibakar (dioksidasi), CO2 hasil pembakaran dibebaskan lagi ke udara. Selain sebagai sumber energi, senyawa organik tersebut sebagian disimpan dalam tubuh organisme. Jika organisme mati, senyawa karbon akan diuraikan dan diendapkan menjadi batuan karbonat dan kapur. Jika tersimpan dalam perut bumi dalam jangka waktu yang sangat lama, senyawa karbon sisa organisme mati dapat menghasilkan bahan bakar fosil (minyak bumi). Akhirnya oleh kegiatan manusia bahan bakar fosil tersebut kembali membebaskan CO2 ke udara.

3. Daur Fosfor (P) Fosfor merupakan unsur penting pembentuk asam nukleat, protein, Adenosin Tri Pospat (ATP), dan senyawa organik lain. Fosfor (P) tidak pernah ditemukan dalam bentuk gas, tapi dalam bentuk fosfor dalam tanah, fosfor dalam air tawar dan laut. Oleh organisme produsen, fosfor diserap dan dimanfaatkan untuk sintesis senyawa organik (protein, asam nukleat, ATP). Senyawa organik yang mengandung fosfor ini akhirnya berpindah ke konsumen. Protein dalam tubuh organisme digunakan untuk metabolisme dan membangun bagian-bagian tubuh. Jika organismenya mati, senyawa organik yang mengandung fosfor mengalami perombakan oleh pengurai, akhirnya fosfor kembali lagi ke tanah, air tawar dan laut. Fosfor dalam tanah terbawa oleh air, diendapkan di danau atau lautan membentuk batuan yang mengandung fosfor. Batuan fosfor tererosi menghasilkan tanah, akhirnya fosfor kembali ke tanah.

4. Daur Sulfur ( S ) Sulfur banyak terdapat di kerak bumi. Sulfur dapat diserap oleh tumbuhan dalam bentuk sulfat. Sulfur diperlukan dalam sintesis senyawa protein. Sulfat dalam tanah diserap oleh tumbuhan, selanjutnya digunakan untuk sintesis protein. Melalui rantai makanan sulfur berpindah ke konsumen. Jika organisme mati, senyawa sulfur dalam organisme akan terurai secara aerob membentuk sulfat kembali, dan bila penguraian berlangsung secara anaerob menghasilkan gas sulfur dan sulfida. Gas sulfur dan sulfida juga berasal dari hasil reduksi senyawa sulfat secara anaerob oleh bakteri pereduksi sulfur. Oleh bakteri sulfur, gas sulfur dan sulfida di udara dioksidasi menghasilkan sulfur, selanjutnya sulfur dioksidasi lagi membentuk sulfat dalam tanah.

5. Daur air Air merupakan kebutuhan vital bagi semua makhluk hidup. Tak ada makhluk hidup yang mampu bertahan hidup tanpa adanya air. Air terdapat secara melimpah di laut, tetapi ketersediaannya relatif terbatas di daratan. Bagi tumbuhan, air merupakan salah satu faktor penting untuk fotosintesis, perkecambahan dan pertumbuhan, serta sarana transportasi zat. Bagi hewan dan manusia, air merupakan faktor penting dalam melaksanakan transportasi zat. Daur air disebut juga daur hidrologi. Secara garis besar daur hidrologi dibedakan menjadi tiga macam, yaitu daur hidrologi pendek, daur hidrologi sedang, dan daur hidrologi panjang. a. Daur hidrologi pendek Air laut menguap, uap air naik ke udara lalu bersatu menjadi awan. Pada ketinggian tertentu awan mengalami kondensasi dan presipitasi menjadi titik-titik air, kemudian turun sebagai hujan. Pada daur hidrologi pendek ini terbentuknya awan dan hujan terjadi di atas laut, jadi hujan tidak mencapai daratan. b. Daur hidrologi sedang Air laut menguap, uap air naik ke udara dan terbawa angin sampai di atas daratan membentuk awan. Pada ketinggian tertentu awan mengalami kondensasi dan presipitasi membentuk titik-titik air, lalu turun sebagai hujan di daratan. Sebagian air meresap ke dalam tanah, sebagian lain kembali ke laut melalui sungai. c. Daur hidrologi panjang Uap air yang berasal dari penguapan air laut, kolam, danau, sungai maupun hasil transpirasi tumbuhan naik ke udara, lalu bersatu menjadi awan. Awan terbawa oleh angin ke arah daratan dan pada jarak tertentu terhalang oleh pegunungan. Akhirnya awan mengalami kondensasi dan presipitasi menjadi titik-titik air dan turun sebagai hujan di atas pegunungan. Air hujan meresap ke tanah di pegunungan, lalu diserap oleh tumbuhan di pegunungan, sebagian muncul sebagai mata air. Melalui sungai air mengalir kembali lagi ke laut.

Energi dalam Ekosistem РKomponen-komponen ekosistem memiliki manfaat yang sangat besar bagi manusia dan makhluk hidup lain, di antaranya sebagai berikut. 1. Sebagai sumber bahan makanan bagi makhluk hidup lain. Misalnya produsen menyediakan bahan makanan bagi konsumen primer (herbivora), konsumen primer menyediakan makanan bagi konsumen sekunder (karnivora), dan seterusnya. 2. Berperan penting dalam menjaga keseimbangan ekosistem yang dinamis. Contohnya keberadaan harimau (karnivora) di suatu padang rumput untuk mencegah terjadinya ledakan populasi herbivora di wilayah tersebut, agar ketersediaan rumput selalu terjaga. Kehadiran predator dan parasitoid ikut mengontrol populasi hama agar tidak menimbulkan kerugian yang lebih besar. 3. Menjamin tetap berlangsungnya daur ulang sampah organik di ekosistem. Contohnya jamur dan bakteri pengurai berperan menguraikan sampah organik menjadi zat-zat anorganik yang sangat diperlukan bagi kehidupan tumbuhan dan sekaligus dapat mengatasi masalah sampah organik. 4. Sebagai sumber senyawa anorganik yang sangat diperlukan bagi kehidupan. Contohnya tanah merupakan sumber air dan unsur hara penting bagi kehidupan tumbuhan dan makhluk hidup yang lain. Udara merupakan sumber CO2 untuk fotosintesis tumbuhan, juga sebagai sumber O2 bagi semua makhluk hidup. 5. Membantu mengatasi permasalahan polusi. Misalnya tumbuhan menyerap CO2 udara untuk fotosintesis, menyediakan O2 bagi organisme lain.

Demikianlah beberapa peranan komponen ekosistem bagi kehidupan. Masih banyak manfaat lain yang belum tergali dan termanfaatkan dengan baik dan optimal. Ini merupakan tantangan bagi kita semua untuk lebih nmengoptimalkan peran dan manfaat komponen ekosistem bagi kehidupan, disertai upaya pelestarian dan menjaga kesinambungannya agar memberi manfaat dalam jangka pendek, menengah, maupun jangka panjang.

 

Pengertian Aliran Energi dalam Ekosistem dan Daur Biogeokimia | medsis | 4.5