2 Piramida Ekologi, Plant-Based Trophic Systems, Plant NUE

32
 Ekologi Dasar Ma teri ke-2 Tanggal 21 september 2012 Alira n Energi da n Materi d ala m eko sistem Oleh Anang Kadarsah

description

ekologi

Transcript of 2 Piramida Ekologi, Plant-Based Trophic Systems, Plant NUE

  • Ekologi Dasar Materi ke-2Tanggal 21 september 2012

    Aliran Energi dan Materi dalam ekosistem

    OlehAnang Kadarsah

  • Sumber asal energi adalah matahari. Tumbuhan yang menghasilkan gula lewat

    proses fotosintesis hanya memakai energi matahari dan C02 dari udara. Oleh

    karena itu, tumbuhan tersebut digolongkan dalam tingkat trofik pertama. Hewan

    herbivora atau organisme yang memakan tumbuhan termasuk anggota tingkat trofik

    kedua. Karnivora yang secara langsung memakan herbivora termasuk tingkat trofik

    ketiga, sedangkan karnivora yang memakan karnivora di tingkat trofik tiga

    termasuk dalam anggota tingkat trofik keempat.

  • Struktur trofik pada ekosistem dapat disajikan

    dalam bentuk piramida ekologi.

    Piramida ekologi adalah diagram yang menunjukkan jumlah energi pada tingkat trofik

    yang berbeda-beda dalam suatu ekosistem

    Ada 3 jenis piramida ekologi, yaitu piramida jumlah, piramida biomassa,

    dan piramida energi.

  • Piramida JumlahDapat dikatakan bahwa pada kebanyakan komunitas normal, jumlah tumbuhan

    selalu lebih banyak dari pada organisme herbivora. Demikian pula jumlah

    herbivora selalu lebih banyak daripada jumlah karnivora tingkat 1. Kamivora

    tingkat 1 juga selalu lebih banyak daripada karnivora tingkat 2. Piramida jumlah

    ini di dasarkan atas jumlah organisme di tiap tingkat trofik.

  • Gambar . Suatu piramida jumlah. (Ladang bluegrass Michigan)

    Trophic levelNumber of

    individual organisms

    Primary

    producers

    Tertiary consumers

    Secondary consumers

    Primary consumers

    3

    354,904

    708,624

    5,842,424

    Contoh kasus : ladang bluegrass di Michigan. hanya tiga karnivora

    puncak yang didukung dalam suatu ekosistem yang berdasarkan

    pada produktifitas dari hampir 6 juta tumbuhan.

  • Piramida Biomassa

    Piramida biomassa berfungsi menggambarkan perpaduan massa seluruh

    organisme di habitat tertentu, dan diukur dalam gram per meter2, atau

    kalori per meter2. Biomassa memperlihatkan gambaran singkat pada kurun waktu tertentu.

    Kekurangan piramida biomassa adalah bahwa ia tidak memperlihatkan

    energi sebenarnya yang terkandung di dalam tingkat trofik. Contoh, setiap

    burung memiliki tulang dan paruh yang mana tidak dikonsumsi oleh

    konsumen namun tetap diperhitungkan dalam struktur perhitungan biomassa.

  • Gambar a. Lahan

    berlumpur di

    Florida

    Trophic level Dry weight

    (g/m2)

    Primary producers

    Tertiary consumers

    Secondary consumers

    Primary consumers

    1.5

    11

    37

    809

    Sebagian besar piramida biomassa menunjukkan suatu penurunan

    yang tajam dalam biomassa pada tingkat-tingkat trofik berikutnya

    yang lebih tinggi, seperti digambarkan oleh data dari suatu lahan

    berlumpur di Silver Spring Florida.

  • Gambar.b. TerusanInggris

    Primary producers (phytoplankton)

    Primary consumers (zooplankton)

    Trophic levelDry

    weight

    (g/m2)

    21

    4

  • Piramida EnergiSeringkali piramida biomassa tidak selalu memberi informasi yang kita butuhkan

    tentang ekosistem tertentu. Lain dengan Piramida energi yang dibuat berdasarkan

    observasi yang dilakukan dalam waktu yang lama. Piramida energi mampu memberikan gambaran paling akurat tentang aliran energi dalam ekosistem.

    Pada piramida energi terjadi penurunan sejumlah energi berturut-turut yang

    tersedia di tiap tingkat trofik. Berkurang-nya energi yang terjadi di setiap trofik

    terjadi karena hal-hal berikut. - Hanya sejumlah makanan tertentu yang

    ditangkap dan dimakan oleh tingkat trofik selanjutnya.

    - Beberapa makanan yang dimakan tidak bisa dicerna dan dikeluarkan sebagai

    sampah. - Hanya sebagian makanan yang dicerna

    menjadi bagian dari tubuh organisme, sedangkan sisanya digunakan sebagai

    sumber energi.

  • Efisiensi ekologis (ecological effzciency) adalah persentase energi

    yang ditransfer dari satu tingkat trofik ke tingkat trofik berikutnya,

    atau rasio produktivitas bersih pada satu tingkat trofik terhadap

    produktivitas bersih pada tingkat trofik di bawahnya.

    Hilangnva energi secara multiplikatif dari suatu rantai makanan

    dapat digambarkan sebagai diagram piramida produktivitas

    (pyramid of productivity), di mana tingkat trofik ditumpuk dalam

    balok-balok, dengan produsen primer sebagai dasar piramida itu.

    Tertiary

    consumers

    Secondary

    consumers

    Primary

    consumers

    Primary

    producers

    1,000,000 J of sunlight

    10 J

    100 J1,000

    J

    10,000 J

  • Gambar . Suatu piramida jumlah

    Trophic level Number of individual organisms

    Primary producers

    Tertiary consumers

    Secondary consumers

    Primary consumers

    3

    354,904

    708,624

    5,842,424

  • Trophic level

    Secondary

    consumers

    Primary

    consumers

    Primary

    producers

  • Piramida Energi tidak

    pernah terbalik, tetapi

    piramida biomassa dapat

    terbalik ketika tingkat

    tropik lebih rendah

    didominasi tingkat

    tropik di atasnya dan

    dikonsumsi oleh

    organisme kecil yang

    tumbuh dengan cepat.

  • Ekosistem: Daur Materi dan Aliran Energi jaring-jaring makanan

    Tingkatan trofik pada jaring-jaring makanan:

    1.produsen (tumbuhan dan organisme autotrof)

    2.konsumen I (herbivora)

    3.konsumen II (karnivora atau predator), dan seterusnya.

    Dua Jalur Utama dalam Sistem Trofik:

    Plant-Based Trophic Systems

    Detritus-Based Trophic Systems

  • Two major trophic systems

    Plant-based system Detritus-based system

  • Produksi yang dilakukan oleh tumbuhan turut membatasialiran energi yang melewati jaring-jaring makananyang berbasis tumbuhan ini. Contohnya padaperbedaan transfer energi antara tumbuhan danherbivora

    Perbedaan herbivora pada bioma yang berbedaditentukan:

    Perbedaan Produksi Primer Bersih (NPP)

    Perbedaan alokasi pada struktur tumbuhan

    Keadaan nutrisi (resource) lingkungan dan prosespertahanan tumbuhan terhadap herbivora,dipengaruhi: (1) Potensi genetis; (2) Lingkungantempat tumbuh; (3) program alokasi tumbuhan

  • Efisiensi Konsumsi (ConsumptionEfficiency)

    Efisiensi Asimilasi (Assimilation Efficiency)

    Efisiensi Produksi (Production Efficiency)

  • Faktor utama yang membedakan variasi efisiensi

    konsumsi pada herbivora adalah perbedaanalokasi tumbuhan pada strukturnya.

    Cara menghitung efisiensi konsumsi

    Kandungan toksik alami tumbuhan (seperti

    kandungan metabolit sekunder tumbuhan) membatasi efisiensi konsumsi herbivora pada

    ekosistem terrestrial.

  • 10/15/2012Mata Kuliah Ekologi Terestrial

    Efisiensi Asimilasi dipengaruhi oleh kualitas

    makanan dan fisiologi konsumen. Materi yang tidak terasimilasi kemudian dikembalikan ke tanah

    dalam bentuk feces, komponen input bagidetritus-sistem

    Cara menghitung efisiensi asimilasi

    Efisiensi asimilasi seringkali lebih besar (sekitar 5-

    80%) daripada efisiensi konsumsi (0,1-50%).

  • Proporsi dari energi yang terasimilasi yang dikonversi

    terhadap produksi hewan, meliputi pertumbuhan dari individu dan proses reproduksi untuk

    membentuk individu baru, terutama dipengaruhi/ditentukan oleh metabolisme hewan.

    Energi asimilasi yang tidak tergabung dalam produksi

    hilang ke lingkungan dalam bentuk respiratory heat. Efisiensi produksi untuk setiap individu hewan bervariasi dari kurang dari 1 % hingga 50 % dan

    sangat berbeda antara homoeterm (Eprod 1-3%) dan poikiloterm (Eprod 10-50%).

  • Perbedaan diantara tumbuhan, pada konsentrasi nutrienjaringan, memberikan gambaran pada jumlah biomasayang dapat diproduksi oleh ekosistem per unit dari nutrien

    NUE tertinggi terdapat kondisi tempat yang tidak produktif

  • Tumbuhan akan lebih efisien dalam memproduksi biomasa per unit darinutrien yang didapatkan dan yang hilang pada kondisi pasokan nutrienrendah. Beberapa faktor yang mempengaruhinya adalah:

    o Konsentrasi nutrien pada jaringan dipertahankan hingga berkurangdisesuaikan dengan kondisi kesuburan tanah yang berkurang

    o Tumbuhan dengan nutrien yang terbatas juga memproduksi jaringanlebih lambat dan tetap menjaganya untuk periode waktu yang lebihlama, yang menghasilkan peningkatan rata-rata usia jaringan

    o Jaringan yang lebih tua memiliki konsentrasi nutrien yang lebih rendah

    o Pada tanah yang tidak subur didominasi oleh spesies tumbuhandengan usia hidup daun yang panjang dan memilki konsentrasinutrien yang rendah memberikan konstribusi NUE yang tinggi dariekosistem pada tanah yang tidak subur

    Tumbuhan memaksimalkan NUE pada tanah yang tidak subur denganmengurangi kehilangan nutrisi daripada meningkatkan produktivitasnutrien

  • Terdapat kondisi fisiologis alami yang bertolak belakangantara waktu tinggal nutrien dan produktivitas nutrienciriyang membolehkan tumbuhan untuk menjagaberkurangnya kapasitas nutrien untuk dapat tumbuh dengancepat

    Tumbuhan dengan produktivitas nutrien tinggi tumbuh cepatdan memiliki laju fotosintesis yang tinggi~daun yang tipis, konsentrasi nitrogen yang tinggi dalam jaringan

    Waktu tinggal nutrien yang panjang dicapai pada lajupergantian daun dan akar yang lambat.

    NUE yang tinggi pada tumbuhan di tanah yang tidak suburmerefleksikan kapasitas untuk menjaga jaringan hidup lebihlama daripada kapasitas untuk menggunakan nutrien lebihbanyak dalam fotosintesis

  • Nutrient productivity (An): biomass production per unit nutrient

    content (g plant g N-1 y-1) or (C fixed g N-1 time-1)

    Slope is instantaneous, leaf-level, NUE:

    nmol CO2 mg N-1 s-1

  • Species with inherently high growth rate (RGR)

    tend to have higher An (nitrogen productivity)

    Each point is one species,

    all grown under controlled

    environments with free access

    to nutrients. Poorter et al. 2000.

  • Allocation to leaves

    maximizes An for

    fast-growing plants

    (adapted to high N

    environments)

    Slow-growing plants

    (adapted to low N

    environments)

    allocate more to stems

    and roots

    (also because of tradeoffs with the second component of NUE)

  • NUE = An * Tn

    Units are g plant g N-1

    NUE is the product of nutrient

    productivity and nutrient residence time:

    2. Nutrient residence time (Tn): average time the nutrient

    remains in plant (y) and can be used for carbon fixation

    Nutrient-Use Efficiency (NUE) has two components

    1. Nutrient productivity (An): biomass production per unit

    nutrient content (g plant g N-1 y-1) or (C fixed g N-1 time-1)

  • Pertumbuhan yang cepat pada

    tumbuhan ataupun NUE yang tinggi

    merupakan keuntungan yang universal,

    yang merupakan kondisi fosiologis alami

    yang melekat sesuai dengan kondisi

    lingkungannya.