Makassar 2011

ENERGI DALAM EKOSISTEM

EKOLOGI PERAIRAN

Prof. Dr. Ir. Ambo Tuwo, DEA.Fakultas Ilmu Kelautan dan Perikanan - Universitas Hasanuddin

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONALUNIVERSITAS HASANUDDIN

FAKULTAS ILMU KELAUTAN DAN PERIKANANJl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Kampus Unhas Tamalanrea Makassar, 90245

Tlp. 586025, Fax. 586025

PENDAHULUAN

Ekosistem adalah suatu kesatuan/tatanan alam yang terdiri dari semua organisme yang berfungsi bersama-sama di suatu tempat yang berinteraksi dengan lingkungan fisik yang memungkinkan terjadinya aliran energi dan membentuk suatu struktur biotik yang jelas dan siklus materi di antara komponen-komponen hidup dan tak hidup.

Apa yang dimaksud energi ?

Energi Kesanggupan untuk melakukan kerja Perilaku energi dapat diketahui

melalui Hukum Termodinamika Hukum Termodinamika I (Hukum

Kekekalan Energi) Energi dapat diubah dari satu bentuk

ke bentuk lainnya, namun tidak dapat dibuat atau dihancurkan

PENGERTIAN ENERGI

Mengapa energi tidak dapat bertambah atau berkurang ?

Energi hanya dapat diubah dari satu bentuk kelainnya

Contoh : Energi cahaya matahari dapat berubah

menjadi energi panas pada perairan Energi cahaya matahari dapat berubah

menjadi energi kinetik pada udara berupa pergerakan angin

Energi cahaya matahari dapat berubah menjadi energi potensial pada tumbuhan berhijau daun

Energi potensial berupa makanan pada hewan dapat berubah menjadi energi panas

PENGERTIAN ENERGI

Transfer energi matahari menjadi energi potensial (biomas, karbohidrat) pada tumbuhan berhijau daun

PENGERTIAN ENERGI

Energi (Matahari)⇓

6CO2 + 6H2O ⇒ C6H12O6 + 6O2

Transfer energi biomas menjadi energi panas pada organisme heterotrof

PENGERTIAN ENERGI

Energi⇑

6CO2 + 6H2O ⇐ C6H12O6 + 6O2

Proses pengalihan energi dari suatu organisme ke yang lainnya, sebagian energi didegradasi menjadi panas

PENGERTIAN ENERGI

Energi Cahaya

Energi Panas

Energi Potensial

Energi Cahaya

Cahaya Matahari

Pemanasan Udara

Aliran Udara / Angin

Kincir Generator

Cahaya Matahari

Tumbuhan ManusiaDinamo Sepeda

Hukum Termodinamika II (Hukum Entropi) Tidak satupun proses yang menyangkut

transformasi energi terjadi secara spontan, kecuali jika disertai dengan degradasi energi dari bentuk pekat ke encer (dari panas ke dingin)

Tidak ada kehidupan yang tidak disertai oleh proses pengalihan/transformasi energi

PENGERTIAN ENERGI

Mengapa ?

Proses kehidupan digerakkan oleh energi, dimana Hukum Termodinamika berlaku

PENGERTIAN ENERGI

Matahari (100 unit)

(C)Gula (2 unit)

(B)Panas (98 unit)

(A)Energi

Gambaran Hukum Termodinamika I dan II dalam transformasi Energi Matahari menjadi Energi Biomas melalui Proses Fotosintesis

Berbagai bentuk dan proses kehidupan selalu diikuti oleh perubahan atau dinamika energi

Masukan energi ke permukaan bumi dalam bentuk cahaya akan diimbangi oleh luaran energi dari permukaan bumi dalam bentuk radiasi panas

Ukuran untuk energi yg tidak tersedia akibat trasnformasi energi atau degradasi energi disebut entropi (en = dalam, trope = transformasi)

Perilaku energi dalam ekosistem adalah mengalir atau berjalan satu arah.

PENGERTIAN ENERGI

Apa artinya satu arah ?

Radiasi Materi Di atas atmosfir 2 g cal/cm2/detik Sampai ke bumi 1,34 g cal/cm2/detik (+67 %) Diubah menjadi biomas oleh tumbuhan +1 % Lebih dari 70 % untuk pemanasan, evaporasi,

hujan, dsb.Suhu untuk kehidupan di bumiMenggerakkan sistem cuacaUntuk siklus air

LINGKUNGAN ENERGI

1. Radiasi Materi di luar atmosfir (2 cal/cm2/menit)2. Radiasi Materi di atas permukaan laut (1,34 cal/cm2/menit)3. Sinar Matahari setelah menembus awan4. Sinar Matahariyang diteruskan oleh tumbuhan; dan 5. kylight

LINGKUNGAN ENERGIPanjang Gelombang(mikron)

Jumlah Gelombang per Cm

Diskusi Apa penyebab variasi mikroiklim di laut? Apa motor penggerak iklim laut?

LINGKUNGAN ENERGI

KONSEP PRODUKTIVITAS Produktivitas adalah laju produksi zat-zat organik

dlm suatu ekosistem yg dimulai dgn konversi energi cahaya matahari menjadi zat-zat organik melalui proses fotosintesis pd tumbuhan hijau

Definisi Produktivitas Produktivitas Primer dari suatu ekosistem ialah

laju konversi energi cahaya menjadi zat organik melalui proses fotosintesis dan kemosintesis oleh organisme produser (terutama tumbuhan hijau dan bakteri)

Produktivitas Primer Kotor atau Bruto atau Gross (Pg) ialah laju fotosintesis total termasuk zat-zat organik yg dipakai untuk pernapasan selama proses pengukuran dikenal pula sebagai asimilasi total

Produktivitas Primer Bersih atau Netto (Pn) ialah laju dari penyimpanan zat-zat organik di dalam jaringan tumbuh-tumbuhan setelah dikurangi pemakaian untuk pernapasan selama masa pengukuran disebut juga fotosintesis nyata (apparent photosyntesis) atau asimilasi netto

Produktivitas Komunitas Netto ialah laju dari penyimpanan zat-zat organik yg tdk digunakan heterotrop (Produktivitas Netto dikurangi Konsumsi oleh heterotrop) selama waktu pengukuran selama musim tumbuh atau setahun

Produktivitas Sekunder ialah laju dari penyimpanan energi pada tingkat konsumen atau dekomposer

KONSEP

PRODUKTIVITAS

Utara SelatanEkuator

Persentase Produksi Netto per Produksi Kotor (Pn/Pg) untuk vegetasi alami, bervariasi dengan letak tempat (latitude). Kecenderungan yang terjadi di daerah tropik, yaitu Pn/Pg kurang dari 50% dan meningkat menjadi 60% - 80% bila letak tempat semakin jauh dari ekuator (tropis).

KONSEP PRODUKTIVITAS

Hubungan energi matahari dgn Produktivitas Primer

KONSEP PRODUKTIVITAS

2575

5

5

32

33

70

65

33

0

Subsidi pupuk

konstan

Subsidi pupuk

sedikit

KONSEP PRODUKTIVITAS

Nitrogen (kg/ha)

Produktivitas primer maksimum di Derah Pantai, karena terjadi fotosintesis maksimum 30 - 100 m

Fotosintesis di laut lepas hanya terjadi di permukaan shg tingkat kesuburan relatif rendah

Perbandingan vertikal distribusi produktivitas prime

KONSEP PRODUKTIVITAS

RANTAI MAKANAN, JARINGAN MAKANAN DAN TINGKAT TROFIK

Rantai Makanan Pemindahan energi makanan dari produser

melalui serangkaian organisme yang saling makan-memakan

Jaringan Makanan Hubungan suatu rantai makanan dengan lainnya

Tingkatan Tropik Tingkatan makanan yang diperoleh oleh suatu

organisme Tumbuhan (Tingkatan I) Herbivora (Tingkatan II) Karnivora (Tingkatan III dan IV) Dekomposer (Tingkatan V)

Contoh aliran energi

RANTAI MAKANAN, JARINGAN MAKANAN DAN TINGKAT TROFIK

KUALITAS ENERGI Jika kuantitas energi turun, maka kualitas

energi naik

Tipe EnergiEkivalen Cahaya (Kalori)

Ekivalen Minyak Fosil

(Kalori)Cahaya Matahari 1,0 0,0005Produksi tumbuhan bruto 100 0,05Produksi tumbuhan netto (kayu)

1000 0,5

Minyak fosil (siap pakai) 2000 1,0Energi gravitasi air 6000 3Listrik 8000 4

ALIRAN ENERGI Aliran energi

Aliran energi berjalan satu arah Sebagian energi matahari di-

transformasikan dan ditingkat-kan kualitasnya melalui kon-versi energi menjadi bahan organik oleh komunitas organisme Bahan organik merupakan bentuk energi yang

lebih padat Sebahagian besar energi yang masuk ke dalam

ekosistem mengalami degradasi, dan keluar dari sistem sebagai energi panas yang mutunya lebih rendah

Energi dapat disimpan dan dipakai kembali atau diekspor, tetapi tidak dapat digunakan secara berulang-ulang

Aliran Energi tergantung pada : Ukuran Sistem

Semakin besar ukuran sistem, maka semakin kurang tergantung pada sistem lain

Laju Metabolisme Semakin tinggi metabolisme, maka semakin

besar aliran masuk ke dan keluar dari sistem Penbandingan antara Autotrof dan Heterotrof

Semakin seimbang, maka semakin kurang ter-gantung pada sistem lain

Tahap Perkembangan Semakin matang, maka semakin kurang

tergantung pada sistem lain

ALIRAN ENERGI

METABOLISME DAN UKURAN INDIVIDU

Semakin kecil ukuran individu, maka semakin besar laju metabolismenya Ganggang Bakteri

Pada hewan Laju metabolisme naik 2/3 dari setiap

kanaikan volumenya Laju metabolisme hewan berdarah panas

lebih besar dari hewan berdarah dingin Kelarutan Oksigen

Laju metabolisme hewan laut lebih kecil dari hewan darat

STRUKTUR DAN PIRAMIDA EKOLOGI

Struktur tropik tidak berbeda dari suatu daerah/ekosistem ke lainnya

Jenis Piramida

Jumlah ⇒ Ekor/ha

Biomas ⇒ Gram/ha

Aliran energi ⇒ Kilo Calori/m2

TEORI KAPASITAS, UKURAN ENERGI DAN HUKUM PENGENDALIAN, SERTA KONSEP DAYA DUKUNG

Teori Kompleksitas Semakin komplek suatu ekosistem, maka biaya

energi perawatan sistem makin besar Ukuran/Skala Energi dan Hukum Pengendalian (HP)

Peningkatan keuntungan/manfaat bilamana ukuran sistem bertambah (Teori Keuntungan Meningkat) Terjadi bilamana terdapat peningkatan kualitas

dan stabilitas sistem - HP Meningkat Penurunan keuntungan/manfaat dengan

bertambahnya ukuran sistem (Teori Keuntungan Menurun) Terjadi bilamana perubahan ukuran sistem me-

merlukan tambahan energi - H P Menurun Buatan Daya Dukung Maksimum

Banyaknya biomas yang dapat didukung oleh produser

KLASIFIKASI EKOSISTEM BERDASARKAN ENERGI

Klasifikasi Ekosistem Berdasarkan Energi Ekosistem tanpa subsidi energi

Laut terbuka Ekosistem yang ditunjang oleh energi

matahari dan energi alami lainnya Ekosistem estuari ditunjang oleh energi

pasang surut Ekosistem yang ditunjang oleh energi

matahari dan dibantu oleh manusiaEkosistem pertanian

Ekosistem yang ditunjang oleh energi bahan bakar/fosilEkosistem perkotaan