Transcript kuliah-3-ekosistem

KLASIFIKASI EKOSISTEM

Ekosistem bertenaga matahari tanpa subsidi (unsubsidized

Ekosistem bertenaga matahari bersubsidi energi alam
(naturally subsidized solar-powered ecosystem)

Ekosistem bertenaga matahari bersubsidi energi buatan (man
subsidized solar-powered ecosystem)

Ekosistem urban-industri bertenaga bahan bakar (fuelpowered urbanindustrial ecosystem)

Ekosistem bertenaga bahan bakar bersubsidi energi matahari
(sun-subsidized fuel powered ecosystem)
natural solar-powered ecosystem
EFISIENSI EKOLOGIS





Efisiensi ekologis : nisbah energi yang mengalir diantara
berbagai tingkat trofik
Lindeman (1942) –Lindemen efisiensi (hubungan antara
jumlah energi yang dikonsumsi pada 2 tingkat trofik.
Pada tingkat produser : 1 – 5 %
Pada tingkat trofik yang lebih besar : 10 – 20%
Ecological growth effisiency : nisbah antara produksi
netto dan energi yang diasimilasi pada tingkat trofik
tertentu ( 10 – 50%)
Efisiensi Lindeman:
It
PG
PG
---- = ----- atau ------It-1
L
LA
Pt
Efisiensi Pertumbuhan Ekologis; ---------It
Dengan :
I
= energi matahari
P = produksi biomas
PG = gross photosynthesis
L = total energi cahaya
LA = energi cahaya yang secara fotosintetik aktif
t
= tingkat trofik
A = asimilasi
DAUR BIOGEOKIMIA
Proses hidup dan pertumbuhan : 90 elemen
Tiap elemen mengalami daur yang berbeda
Daur Elemen
1. Gaseous cycles, misal : C, H, O, N dan S
2. Sedimentary cycles, missal : Pb
2.6.1. Daur Hidrologis
-
-
Terpenting
Air penting bagi kehidupan, dan menentukan struktur
serta fungsi ekosistem
Air mempunyai interaksi penting dengan energi yang
dihasilkan dalam berbagai lingkungan fisik dan
biologis
Air sebagai media daur elemen-elemen lain
Daur air menggabungkan berbagai komponen ekosfir
(hidrosfil, atmosfir, litosfir dan biosfir)
Jumlah air diperkirakan 266.069,88 G
Diataranya terdapat dalam
- batuan
: 250.000
G
- laut
: 13.800
G
- batuan sediment : 2.100
G
- salju di kutub
:
167
G
- sungai dan danau
:
0,25 G
- atmosfir
:
0,13 G
Air yang jatuh sebagai hujan 4,46 G, dari jumlah
tersebut 3,47 G jatuh di laut.
2.6.2. Daur Karbon
- Merupakan daur yang paling sederhana
- Jumlah karbon di udara sangat kecil (0,03%) tapi
penting artinya bagi kehidupan.
- Karbon yang tersisa dalam tanah menjadi sumber bahan
bakar.
- Pembakaran bahan bakar fosil yang tidak terkendali
menimbulkan pencemaran udara, bila semua dibakar
menghasilkan CO2 sebanyak 40 x 1012 ton
- CO2 merupakan salah satu gas rumah kaca (GRK)
disamping metan, ozon, N2O, da CFC
(klorofluorokarbon)



Daur karbon organik jangka pendek, titik berat
pada interaksi antara atmosfir dan biosfir;
terrestrial (bentang lahan) dan laut.
Daur karbon organik jangka panjang, titik berat
pada formasi dan destruksi bahan bakar fosil dan
sedimen lain yang mengandung karbon.
Daur karbon inorganik jangka panjang, titik berat
pada kalsium karbonat (batu kapur: CaCO3),
barkiatan dengan daur karbon-silikat, sumber ion
kalsium untuk pembentukan batu kapur.
Terdapat daur karbon lain di lautan.
- air laut mengandung karbon 50 x lebih banyak
dari atmosfir dalam bentuk karbonat.
H2O + CO2  H2CO3
H2CO3
 H3O+ + HCO3HCO3- + H2O  H3O+ + CO32-
2.6.3. Daur Oksigen
- Terdapat di atmosfir dalam jumlah besar (21%)
- Oksigen terlibat dalam fotosintesis
- Salah satu tahapan daur oksigen terpenting,
adalah ozon
Biogeochemical Cycling
uv
H
O
O2
O3
OZONE LAYER
H2O
O2
H2O
O2 + CO—CO2
OH
O
O2
OXIDATIVE
WEATHERING
PHYTOPLANKTON
CO2
Pembentukan
O2 + hv
 2O (UV < 240 nm= UV C)
2O + 2O2  2O3
3O2
 2O3
Penguraian
O3 + hv  O2 + O (UV <290 nm)
O3 + O2  2O2
2O3  3O2
Lubang ozon
2ClO2
 Cl2O2
Cl2O2 + hv  ClOO + Cl
ClOO + M  Cl + O2 + M
2 (Cl + O3  ClO + O2)
2O3  3O2
Reaksi Umum
X + O3  XO + O2
O + XO  X + O2
O + O3  2O2
Atau
X + O3  XO + O2
XO + O3  X + 2O2
2O3  3O2
X = H, OH, dan NO
Ozon
90% di stratosfir
10% di troposfir
Ozon di troposfir
NO2 + hv  NO + O (UV <380 nm = UV-A)
O + O 2  O3
Diikuti reaksi
NO + O3  NO2 + O
Bila ada hidrokarbon dalam jumlah tinggi
NO + R-OO  NO2 + R-O
Bila ada CH4
CH4 + 4O2  CH2O + H2O + 2O3
2.6.4. DAUR NITROGEN
1.
2.
3.
4.
Merupakan daur yang paling rumit dalam
ekosistem
N di atm hanya dapat digunakan dalam
bentuk NH4+ atau NO3N di atm hanya dapat digunakan langsung
oleh beberapa bakteri dan alga hijau-biru
 amino asam amino  protein
Protein binatang dan tumbuhan yang mati
didekomposisi menjadi NO3 dan N gas
FIKSASI NITROGEN
Konversi N gas menjadi NO3 melalui :
- Fiksasi elektrokimia (kilat)  35 mg/m2/tahun
- Fiksasi biologis
a. Bakteri
: Azotobacter
Rhizobium
Clostridium
Beijerinckia
Derxia
Rhodospirilum
b. Class Cyanophyceae :
Ordo : Nostocales
Fam : Nostocaceae
Genus : Nostoc
Anabena
Gleotrichia
Trichodesmium
Rhizobiun Simbiose :
Leguminosa, Pinus, Ginkgo, Araucaria, Alnis,
Casuarina, Myrica, Ceanothus, Coriaria, Eleagnus,
Hipphophae, Phycotria, Shepherdia
Cyanophycea alga simbiose
Akar Cycas, daun Azolla, Anthoceros dan lichens
Fiksasi biologis  700 – 7000 mg N/m2/tahun
Menghasilkan energi 20 kcal/molekul N
AMMONIFIKASI
1.
2.
3.
4.
5.
Protein  asam amino + amonia (MO)
Menghasilkan 176 kcal /mol asam amino
Amonia dilepaskan ke udara atau ke dalam tanah, atau
dioksidasi jadi nitrat
pH tinggi, kapasitas pertukaran kation rendah,
kekeringan dan temperatur tinggi mendukung
pelepasan amonia dalam bentuk gas ke atmosfit
MO yang berperan umumnya actinomycetes dan
beberapa species Bacillus (B. subtilis; B mesenterilus)
NITRIFIKASI
Konversi amonia menjadi nitrat kembali
dengan bantuan MO, terdiri atas 2 tahap:
NH3 + 1,5O2  HNO2 + H2O + 66 kcal
Nitrosomonas, Nitrospira, Nitrosoglea dan
Nitrococcus
HNO3 + 0,5O2  HNO3 + 17,5 kcal
Nitrocystis dan Nitrobacter
Energi yang dihasilkan digunakan MO dalam
asimilasi karbon
Fikasai N dan nitrifikaso di laut hampir sama hanya
prosesnya lambat
DENITRIFIKASI
1.
2.
3.
4.
Sebagian nitrat di dalam tanah direduksi
kembali menjadi gas N atau oksida N atau
amonia
Biasanya berlangsung dalam kondisi anaerob
Oksigen dalam molekul nitrat digunakan oleh
MO untuk mengoksidasi karbohidrat
Beberapa bakteri sulfur dan besi menggunakan
oksigen untuk kegiatan kemosintetik
5. Contoh reaksi
C6H12O6 +6KNO3  6CO2 + 3H2O + 6KOH
+ 3N2O + 545 kcal
5C6H12O6 + 24KNO3  30CO2 + 18 H2O
+ 24 KOH + 12 N +
570 kcal (per mol
glukosa)
S + KNO3 + CaCO3  K2SO4 + CaSO4 +
CO2 + N2 + 132 kcal (per mol S)
Bakteri
- Bacillus cereus, B licheniformias
- Pseudomonas denitrificans
- Thiobacillus denitrificans
- Micrococcus
- Acromobacter
- Contoh gangguan :
pemupukan dengan N berlebihan 
penyuburan (eutrofikasi)
pembakaran biomas berlebihan dgn kandungan
N tinggi  N2O  ERK
PAN (peroxy-acetyl-nitrate)
O
O
CH3 - C - OO + NO2  CH3 - C – CONO2
2.6.5. DAUR SULFUR
1.
2.
3.
4.
Sangat mirip dengan daur nitrogen, melibatkan
bentuk teroksidasi (SO2) dan tereduksi (H2S), dan
tumbuhan hanya dapat menggunakan dalam bentuk
sulfat
Perbedaan dengan daur nitrogen, sulfur berada di
atmosfir sangat pendek, dan sumbernya ada di dalam
tanah
Sulfur tersedia bagi tanaman karena jasa bakteri
sulfur.
Sulfur berada di atmosfir sebagian karena aktivitas
pembakaran BB fosil.
5. Sulfur dioksida dan hidrogen sulfida kembali ke
tanah sebagai asam sulfat  hujan asam
6. Hanya beberapa jenis lichen yang dapat
menggunakan sulfur dioksida.
7. Sulfur dalam tubuh organisme dalam bentuk
protein.
8. MO yang berperan dalam kondisi
a. aerob : Aspergillus
Neurospora
b. anaerob : Escherichia
Proteus
9. Pada kondisi anaerob (tanah yang terendam air)
dihasilkan sulfida terutama hidrogen sulfida.
RCH2OH + SO4  RCOOH + H2O + S
CH2NH2COOH + H2O + SO4 
H2S+ HS- + HCO3- + NH4+
Bakteri :
Vibrio desulphuricans
Aerobacter dan Desulphovibrio
10. Pada daur sulfur, terjadi juga oksidasi sulfur
elemental dan sulfida menjadi sulfat oleh bakteri
Beggiatoa dan Thiobacillus.
11. Thiobacillus thiooxidans bisa tetap aktif pada
kondisi asam dan mengkonversi sulfur menjadi
sulfat sampai konsentrasi 10%.
Biogeochemical Cycling
S in coal and
petroleum
Organic S in
plants and animals
Decomposition by
bacterial reduction
Taken up
by lakes
Oxidation
H2S
S. FIXING
BACTERIA
Sulfate
Photo and chemosystem
SO2
2.6..6 DAUR FOSFOR
1.
2.
3.
4.
5.
Agak sederhana, tapi bernilai tinggi 
a. sebagai karier utama energi (ATP)
b. menimbulkan masalah lingkungan
Batuan fosfatik  pelapukan  rantai makanan 
dekomposisi
Fosfor di udara dalam bentuk partikel
Fosfat yang larut dalam air  laut  kembali ke
ekosistem terrestrial : pupuk guano; ikan
Pemupukan P berlebihan  penyuburan
2.6.7. DAUR ELEMEN LAIN
1.
2.
3.
Umumnya mirip hanya dalam konsentrasi kecil
Tersedia bagi makhluk hidup karena pelapukan
Kariernya air dan udara (angin).