Proses Aliran Energi dalam Ekosistem

Aliran energi dalam ekosistem mengalami tahapan proses sebagai berikut :

1. Energi masuk ke dalam ekosistem berupa energi matahari, tetapi tidak

semuanya dapat digunakan oleh tumbuhan dalam proses fotosintesis. Hanya

sekitar setengahnya dari rata-rata sinar matahari yang sampai pada tumbuhan

diabsorpsi oleh mekanisme fotosintesis, dan juga hanya sebagian kecil,

sekitar 1-5 %, yang diubah menjadi makanan (energi kimia). Sisanya keluar

dari sistem berupa panas, dan energi yang diubah menjadi makanan oleh

tumbuhan dipakai lagi untuk proses respirasi yang juga sebagai keluaran dari

sistem.

2. Energi yang disimpan berupa materi tumbuhan mungkin dilakukan melalui

rantai makanan dan jaring-jaring makanan melalui herbivora dan detrivora.

Seperti telah diungkapkan sebelumnya, terjadinya kehilangan sejumlah energi

diantara tingkatan trofik, maka aliran energi berkurang atau menurun ke arah

tahapan berikutnya dari rantai makanan. Biasanya herbivora menyimpan

sekitar 10 % energi yang dikandung tumbuhan, demikian pula karnivora

menyimpan sekitar 10 % energi yang dikandung mangsanya.

3. Apabila materi tumbuhan tidak dikonsumsi, maka akan disimpan dalam

sistem, diteruskan ke pengurai, atau diekspor dari sistem sebagai materi

organik.

4. Organisme-organisme pada setiap tingkat konsumen dan juga pada setiap

tingkat pengurai memanfaatkan sebagian energi untuk pernafasannya,

sehingga terlepaskan sejumlah panas keluar dari sistem

5. Dikarenakan ekosistem adalah suatu sistem terbuka, maka beberapa materi

organik mungkin dikeluarkan menyeberang batas dari sistem. Misalnya akibat

pergerakan sejumlah hewan ke wilayah, ekosistem lain, atau akibat aliran air

sejumlah gulma air keluar dari sistem terbawa arus.

Aliran Energi dan “Standing Crop”

Penyimpanan energi dalam ekosistem dapat berupa materi-materi dalam

tumbuhan atau hewan. Jumlah nyata dari materi hidup yang terkandung dalam

ekosistem difahami sebagai “standing crop”. Para ahli ekologi biasanya mengkaji

standing crop ini untuk setiap tingkat trofik yang nantinya akan memberikan

gambaran pola aliran energi melalui sistem. Hasil kajian dari standing crop untuk

setiap tingkatan trofik ini bila diekspresikan dalam bentuk histogram akan

menggambarkan suatu piramida tingkat trofik atau lebih dikenal dengan piramida

ekologi.

A. Piramida ekologi

Struktur trofik dapat disusun secara urut sesuai hubungan makan dan dimakan

antar trofik yang secara umum memperlihatkan bentuk kerucut atau piramid.

Gambaran susunan antar trofik dapat disusun berdasarkan kepadatan

populasi, berat kering, maupun kemampuan menyimpan energi pada tiap

trofik yang disebut piramida ekologi. Piramida ekologi ini berfungsi untuk

menunjukkan gambaran perbandingan antar trofik pada suatu ekosistem. Pada

tingkat pertama ditempati produsen sebagai dasar dari piramida ekologi,

selanjutnya konsumen primer, sekunder, tersier sampai konsumen puncak.

Dikenal ada tiga macam piramida ekologi antara lain piramida jumlah, piramida

biomassa dan piramida energi. Gambaran ideal suatu piramida ekologi adalah

sebagai berikut.

1. Piramida Energi

Piramida energi adalah piramida yang menggambarkan hilangnya energi

pada saat perpindahan energi makanan di setiap tingkat trofik dalam suatu

ekosistem. Pada piramida energi tidak hanya jumlah total energi yang digunakan

organisme pada setiap taraf trofik rantai makanan tetapi juga menyangkut peranan

berbagai organisme di dalam transfer energi . Dalam penggunaan energi, makin

tinggi tingkat trofiknya maka makin efisien penggunaannya. Namun panas yang

dilepaskan pada proses tranfer energi menjadi lebih besar. Hilangnya panas pada

proses respirasi juga makin meningkat dari organisme yang taraf trofiknya rendah

ke organisme yang taraf trofiknya lebih tinggi. Sedangkan untuk produktivitasnya,

makin ke puncak tingkat trofik makin sedikit, sehingga energi yang tersimpan

semakin sedikit juga. Energi dalam piramida energi dinyatakan dalam kalori per

satuan luas per satuan waktu. 

2. Piramida Biomassa 

Piramida biomassa yaitu suatu piramida yang menggambarkan

berkurangnya transfer energi pada setiap tingkat trofik dalam suatu

ekosistem. Pada piramida biomassa setiap tingkat trofik menunjukkan berat kering

dari seluruh organisme di tingkat trofik yang dinyatakan dalam gram/m2.

Umumnya bentuk piramida biomassa akan mengecil ke arah puncak, karena

perpindahan energi antara tingkat trofik tidak efisien. Tetapi piramida biomassa

dapat berbentuk terbalik.

 

Misalnya di lautan terbuka produsennya adalah fitoplankton mikroskopik,

sedangkan konsumennya adalah makhluk mikroskopik sampai makhluk besar

seperti paus biru dimana biomassa paus biru melebihi produsennya. Puncak

piramida biomassa memiliki biomassa terendah yang berarti jumlah individunya

sedikit, dan umumnya individu karnivora pada puncak piramida bertubuh besar. 

3. Piramida Jumlah 

Yaitu suatu piramida yang menggambarkan jumlah individu pada setiap

tingkat trofik dalam suatu ekosistem.

Piramida jumlah umumnya berbentuk menyempit ke atas. Organisme

piramida jumlah mulai tingkat trofik terendah sampai puncak adalah sama seperti

piramida yang lain yaitu produsen, konsumen primer dan konsumen sekunder, dan

konsumen tertier. Artinya jumlah tumbuhan dalam taraf trofik pertama lebih

banyak dari pada hewan (konsumen primer) di taraf trofik kedua, jumlah

organisme kosumen sekunder lebih sedikit dari konsumen primer, serta jumlah

organisme konsumen tertier lebih sedikit dari organisme konsumen sekunder.

Siklus Materi dalam Ekosistem

Keberadaan makhluk hidup di dunia ini  tergantung pada aliran energi dan

siklus materi melalui ekosistem. Kedua proses tadi mempengaruhi jumlah dari

organisme-organisme, kecepatan proses metabolisme, dan kompleksitas dari

komunitas. Energi dari materi mengalir melalui ekosistem bersama-sama sebagai

materi organik, satu sama lainnya tidak bisa dipisah-pisahkan. Tetapi aliran energi

adalah satu arah, sekali dimanfaatkan oleh ekosistem akan hilang keluar dari

sistem. Sedangkan materi, dalam hal ini berupa materi, melakukan suatu siklus.

Atom dari kalsium atau karbon berkemampuan untuk mengalir melalui makhluk

hidup dan bagian non-hidup berkali-kali, atau dapat pula dipindah dari suatu

ekosistem ke ekosistem lainnya. Berdasarkan ke dua proses itulah ekosistem

berkemampuan untuk menjada fungsinya, dan merupakan karakteristika seluruh

biosfer.

Nutrisi yang diperlukan untuk menghasilkan materi organik disirkulasikan

ke seluruh ekosistem dan dapat dimanfaatkan berkali-kali. Apabila tumbuhan dan

juga hewan mati akan didekomposisikan oleh kegiatan bakteria dan jamur, nutrisi

kemudian dikembalikan ke lingkungan abiotik membentuk kumpulan nutrisi

sebagai gudang atau reservoir. Dalam ekosistem daratan nutrisi biasanya

dilepaskan dan berkumpul dalam tanah, yang kemudian nutrisi-nutrisi ini akan

diambil kembali oleh tumbuhan dari gudangnya ini.

Dengan proses siklus materi ini komponen-komponen organik dan

anorganik dipautkan satu sama lain sedemikian rupa sehingga sulit dipisahkan

satu sama lainnya.

            Tumbuhan merupakan komponen yang sangat penting, dalam proses aliran

energi dan siklus materi, sehingga terjadinya keterpautan antara komponen biotik

dengan komponen abiotik dalam ekosistem. Ada dua hal yang termasuk ke dalam

siklus materi, yaitu :

1. Kepentingan Nutrisi dalam Ekosistem

Makhluk hidup memerlukan minimal 30 sampai 40 unsur kimia, dari

sekitar 92 unsur-unsur kimia yang diketahui, untuk keperluan hidup dan

pertumbuhannya. Nutrisi juga dikenal sebagai garam-garam biogenik yang dapat

dikelompokkan dalam dua kelompok utama, yaitu nutrisi makro dan nutrisi

mikro:

a. Nutrisi makro, nutrisi ini diperlukan relatif dalam jumlah yang banyak, dan

mempunyai peranan kunci dalam pembentukan protoplasma makhluk hidup.

Nutrisi-nutrisi penting yang termasuk kelompok ini adalah hidrogen, karbon,

oksigen dan nitrogen. Mereka bersama-sama membentuk sekitar 95 % dari

berat kering materi hidup. Keempat nutrisi ini didapatkan dari bentuk gas di

atmosfir. Nutrisi lainnya yang termasuk nutrisi makro ini, yang diperlukan

dalam jumlah yang relatif lebih sedikit diantaranya adalah kalium, posfor dan

sulfur.

b. Nutrisi mikro, nutrisi ini diperlukan dalam jumlah yang jauh lebih sedikit,

tetapi sangat penting untuk kehidupan. Minimal ada sepuluh nutrisi mikro

yang diperlukan oleh tumbuhan. Beberapa nutrisi mikro seperti besi,

tembaga, seng, karbon, dan boron, berasal dari batuan yang terlepas akibat

proses penghawaan.

2. Siklus Biogeokimia

Telah dipahami bahwa berfungsinya ekosistem tergantung pada sirkulasi

dan nutrisi. Apabila nutrisi tidak tersirkulasikan, maka suplai yang telah terjadi

akan sia-sia dan pertumbuhan menjadi terbatas. Begitu pentingnya permasalahan

ini, beberapa penelitian telah dilakukan untuk menentukan jalannya siklus nutrisi

ini.

Berbeda dengan energi, materi kimia yang berupa unsur-unsur penyusun

bahan organik/nutrisi dalam ekosistem, berpindah ke trofik-trofik rantai makanan

tanpa mengalami pengurangan, melainkan berpindah kembali ke tempat semula.

Unsur-unsur tersebut masuk ke dalam komponen biotik melalui udara, tanah atau

air. Perpindahan unsur kimia dalam ekosistem melalui daur ulang yang

melibatkan komponen biotik dan abiotik ini dikenal dengan sebutan daur

biogeokimia. Hal ini menunjukkan adanya hubungan antara komponen biotik

dengan abiotik dalam suatu ekosistem. Siklus biogeokimia

meliputi :siklus air, siklus sulfur, siklus pospor, siklus nitrogen, Siklus karbon dan

oksigen.

A. Siklus air

Semua organisme hidup memerlukan air untuk melakukan aktivitas

hidupnya. Oleh karena itu, ketersediaan air di lingkungan sangat mutlak bagi

organisme hidup. Hewan mengambil air, langsung dari air permukaan, tumbuhan

dan hewan yang dimakan, sedangkan tumbuhan mengambil air dari air tanah

dengan menggunakan akarnya. Manusia menggunakan sekitar seperempat air

tanah yang ada di daratan. Air keluar dari hewan dan manusia berupa urin dan

keringat, sedangkan pada tumbuhan melalui proses transpirasi.

B. Siklus sulfur (Belerang)

Sulfur merupakan bahan penting untuk pembuatan semua protein dan

banyak terdapat di kerak bumi. Tumbuhan mengambil sulfur dalam bentuk dari

tanah, sedangkan hewan dan manusia mendapatkannya dari tumbuhan yang

mereka makan. Perhatikan skema daur sulfur di samping ini.

C. Siklus fosfor

Fosfor merupakan unsur kimia yang jarang terdapat di alam dan

merupakan faktor pembatas produktivitas ekosistem, serta merupakan unsur yang

penting untuk pembentukan asam nukleat, protein, ATP dan senyawa organik

vital lainnya. Fosfor satu-satunya daur zat yang tidak berupa gas, sehingga

daurnya tidak melalui udara. Sebagian besar fosfor mengalir ke laut dan terikat

pada endapan di perairan atau dasar laut. Begitu sampai di laut hanya ada dua

mekanisme untuk daur ulangnya ke ekosistem darat, salah satunya melalui

burung-burung laut yang mengambil fosfor melalui rantai makanan laut dan

mengembalikan ke darat melalui kotorannya kemudian masuk ke rantai makanan.

Perhatikan skema daur fosfor di samping ini.

D. Siklus Nitrogen

Semua organisme memerlukan unsur nitrogen untuk pembentukan protein

dan berbagai molekul organik esensial lainnya. Unsur nitrogen sebagian besar

terdapat di atmosfer dalam bentuk gas nitrogen (N2) dan kadarnya 78% dari

semua gas di atmosfer. Gas nitrogen ini di atmosfer masuk ke dalam tanah melalui

fiksasi nitrogen oleh bakteri (Rhizobium, Azotobacter, Clostridium), alga biru

(Anabaena, Nostoc) dan jamur (Mycorhiza) nitrogen yang masuk ke tanah melalui

fiksasi diubah menjadi amonia (NH3) oleh bakteri amonia. Proses penguraian

nitrogen menjadi amonia disebut amonifikasi. Nitrogen yang masuk ke tanah

bersama kilat dan air hujan berupa ion nitrat (NO3−), sedangkan nitrogen yang

ada di dalam tubuh tumbuhan dan akan hewan melalui proses mineralisasi oleh

bakteri pengurai menjadi amonia. Amonia yang dihasilkan melalui proses

amonifikasi dan mineralisasi oleh bakteri nitrit (nitrosomonas dan nitrosococcus)

dirombak menjadi ion nitrit (NO2−), selanjutnya ion nitrit dirombak bakteri nitrat

(nitrobacter) menjadi ion nitrat (NO3−). Perombakan amonia menjadi ion nitrit,

ion nitrit menjadi ion nitrat disebut nitrifikasi. Tumbuhan umumnya menyerap

nitrogen dalam bentuk ion nitrat, sedangkan hewan mengambil nitrogen dalam

bentuk senyawa organik (protein) yang terkandung pada tumbuhan dan hewan

yang dimakan. Sebagian ion nitrat dirombak oleh bakteri denitrifikasi

(Thiobacillus denitrificans, Pseudomonas denitrificans) menjadi nitrogen.

Nitrogen yang dihasilkan akan kembali ke atmosfer. Proses penguraian ion nitrat

menjadi nitrogen disebut denitrifikasi.

E. Siklus karbon dan oksigen

Unsur karbon di atmosfer dalam bentuk gas karbon dioksida (CO2),

sedangkan unsur oksigen dalam bentuk gas oksigen (O2). Konsentrasi (CO2) di

atmosfer diperkirakan 0,03%. Karbon dioksida masuk ke dalam komponen biotik

melalui organisme fotoautotrop (tumbuhan hijau) dan kemoautotrop (bakteri

kemoautotrop) dalam proses fotosintesis dan kemosintesis. Karbon kemudian

tersimpan sebagai zat organik dan berpindah melalui rantai makanan, respirasi dan

ekskresi ke lingkungan. Sedangkan, oksigen (O2) masuk ke komponen biotik

melalui proses respirasi untuk membakar bahan makanan, lalu dihasilkan karbon

dioksida (CO2). Daur karbon berkaitan erat dengan daur oksigen di alam kita ini.

DAPUS

Biologi, Kelas B. 2011. Ekosistem, Aliran Energi dan Siklus Materi dalam

Ekosistem.

http://aktivitaspraktikumektum.blogspot.com/2011/06/ekosistem-aliran-

energi-dan-siklus.html. 04 Mei 2014