KLASIFIKASI KLASIFIKASI EKOSISTEMEKOSISTEM

Ekosistem bertenaga matahari tanpa subsidi Ekosistem bertenaga matahari tanpa subsidi ((unsubsidized natural solar-powered ecosystemunsubsidized natural solar-powered ecosystem

Ekosistem bertenaga matahari bersubsidi energi Ekosistem bertenaga matahari bersubsidi energi alam (alam (naturally subsidized solar-powered naturally subsidized solar-powered ecosystemecosystem))

Ekosistem bertenaga matahari bersubsidi energi Ekosistem bertenaga matahari bersubsidi energi buatan (buatan (man subsidized solar-powered man subsidized solar-powered ecosystemecosystem))

Ekosistem urban-industri bertenaga bahan bakar Ekosistem urban-industri bertenaga bahan bakar ((fuel-powered urbanindustrial ecosystemfuel-powered urbanindustrial ecosystem) )

Ekosistem bertenaga bahan bakar bersubsidi energi Ekosistem bertenaga bahan bakar bersubsidi energi matahari (matahari (sun-subsidized fuel powered sun-subsidized fuel powered ecosystemecosystem))

EFISIENSI EKOLOGISEFISIENSI EKOLOGIS

Efisiensi ekologis : nisbah energi yang Efisiensi ekologis : nisbah energi yang mengalir diantara berbagai tingkat trofikmengalir diantara berbagai tingkat trofik

Lindeman (1942) –Lindemen efisiensi Lindeman (1942) –Lindemen efisiensi (hubungan antara jumlah energi yang (hubungan antara jumlah energi yang dikonsumsi pada 2 tingkat trofik.dikonsumsi pada 2 tingkat trofik.

Pada tingkat produser : 1 – 5 %Pada tingkat produser : 1 – 5 % Pada tingkat trofik yang lebih besar : 10 – 20%Pada tingkat trofik yang lebih besar : 10 – 20% Ecological growth effisiencyEcological growth effisiency : nisbah antara : nisbah antara

produksi netto dan energi yang diasimilasi produksi netto dan energi yang diasimilasi pada tingkat trofik tertentu ( 10 – 50%)pada tingkat trofik tertentu ( 10 – 50%)

Efisiensi Lindeman:Efisiensi Lindeman:

It PG PG It PG PG ---- = ----- atau ----------- = ----- atau -------It-1 L LAIt-1 L LA PtPtEfisiensi Pertumbuhan Ekologis; ----------Efisiensi Pertumbuhan Ekologis; ---------- ItItDengan : Dengan : I = energi matahariI = energi matahariP = produksi biomasP = produksi biomasPG = gross photosynthesisPG = gross photosynthesisL = total energi cahayaL = total energi cahayaLA = energi cahaya yang secara fotosintetik aktifLA = energi cahaya yang secara fotosintetik aktift = tingkat trofikt = tingkat trofikA = asimilasiA = asimilasi

DAUR BIOGEOKIMIADAUR BIOGEOKIMIA

Proses hidup dan pertumbuhan : 90 Proses hidup dan pertumbuhan : 90 elemenelemen

Tiap elemen mengalami daur yang Tiap elemen mengalami daur yang berbedaberbeda

Daur ElemenDaur Elemen

1. Gaseous cycles, misal : C, H, O, N dan S1. Gaseous cycles, misal : C, H, O, N dan S

2. Sedimentary cycles, missal : Pb2. Sedimentary cycles, missal : Pb

2.6.1. Daur Hidrologis2.6.1. Daur Hidrologis

- Terpenting - Terpenting - Air penting bagi kehidupan, dan - Air penting bagi kehidupan, dan

menentukan struktur serta fungsi ekosistemmenentukan struktur serta fungsi ekosistem- Air mempunyai interaksi penting dengan - Air mempunyai interaksi penting dengan

energi yang dihasilkan dalam berbagai energi yang dihasilkan dalam berbagai lingkungan fisik dan biologislingkungan fisik dan biologis

- Air sebagai media daur elemen-elemen lain - Air sebagai media daur elemen-elemen lain - Daur air menggabungkan berbagai - Daur air menggabungkan berbagai

komponen ekosfir (hidrosfil, atmosfir, komponen ekosfir (hidrosfil, atmosfir, litosfir dan biosfir)litosfir dan biosfir)

Jumlah air diperkirakan 266.069,88 GJumlah air diperkirakan 266.069,88 GDiataranya terdapat dalamDiataranya terdapat dalam- batuan- batuan : 250.000 G : 250.000 G- laut : 13.800 G- laut : 13.800 G- batuan sediment- batuan sediment : 2.100 G: 2.100 G- salju di kutub - salju di kutub : 167 G: 167 G- sungai dan danau - sungai dan danau : 0,25 G: 0,25 G- atmosfir - atmosfir : 0,13 G: 0,13 G Air yang jatuh sebagai hujan 4,46 G, dari Air yang jatuh sebagai hujan 4,46 G, dari

jumlah tersebut 3,47 G jatuh di laut. jumlah tersebut 3,47 G jatuh di laut.

2.6.2. Daur Karbon2.6.2. Daur Karbon

- Merupakan daur yang paling sederhana- Merupakan daur yang paling sederhana- Jumlah karbon di udara sangat kecil - Jumlah karbon di udara sangat kecil

(0,03%) tapi penting artinya bagi (0,03%) tapi penting artinya bagi kehidupan.kehidupan.

- Karbon yang tersisa dalam tanah menjadi - Karbon yang tersisa dalam tanah menjadi sumber bahan bakar. sumber bahan bakar.

- Pembakaran bahan bakar fosil yang tidak - Pembakaran bahan bakar fosil yang tidak terkendali menimbulkan pencemaran udara, terkendali menimbulkan pencemaran udara, bila semua dibakar menghasilkan CO2 bila semua dibakar menghasilkan CO2 sebanyak 40 x 1012 tonsebanyak 40 x 1012 ton

- CO2 merupakan salah satu gas rumah kaca - CO2 merupakan salah satu gas rumah kaca (GRK) disamping metan, ozon, N2O, da CFC (GRK) disamping metan, ozon, N2O, da CFC (klorofluorokarbon) (klorofluorokarbon)

Daur karbon organik jangka pendek, titik Daur karbon organik jangka pendek, titik berat pada interaksi antara atmosfir dan berat pada interaksi antara atmosfir dan biosfir; terrestrial (bentang lahan) dan biosfir; terrestrial (bentang lahan) dan laut.laut.

Daur karbon organik jangka panjang, Daur karbon organik jangka panjang, titik berat pada formasi dan destruksi titik berat pada formasi dan destruksi bahan bakar fosil dan sedimen lain yang bahan bakar fosil dan sedimen lain yang mengandung karbon.mengandung karbon.   

Daur karbon inorganik jangka panjang, Daur karbon inorganik jangka panjang, titik berat pada kalsium karbonat (batu titik berat pada kalsium karbonat (batu kapur: CaCO3), barkiatan dengan daur kapur: CaCO3), barkiatan dengan daur karbon-silikat, sumber ion kalsium untuk karbon-silikat, sumber ion kalsium untuk pembentukan batu kapur.pembentukan batu kapur.

Terdapat daur karbon lain di lautan.Terdapat daur karbon lain di lautan.

- air laut mengandung karbon 50 x - air laut mengandung karbon 50 x lebih banyak dari atmosfir dalam lebih banyak dari atmosfir dalam bentuk karbonat.bentuk karbonat.

HH22O + COO + CO22 H H22COCO33

HH22COCO33 H H33OO++ + HCO + HCO3-3-

HCOHCO3-3- + H + H22O O H H33OO++ + CO + CO332-2-

2.6.3. Daur Oksigen2.6.3. Daur Oksigen

- Terdapat di atmosfir dalam jumlah - Terdapat di atmosfir dalam jumlah besar (21%)besar (21%)

- Oksigen terlibat dalam fotosintesis- Oksigen terlibat dalam fotosintesis

- Salah satu tahapan daur oksigen - Salah satu tahapan daur oksigen terpenting, adalah ozonterpenting, adalah ozon

Biogeochemical CyclingBiogeochemical Cycling

uv uv H H O H2O H2O O H2O H2O

O2 + CO—CO2O2 + CO—CO2

O2 O2 OHO2 O2 OH

O3 OO3 O

OZONE LAYER O2OZONE LAYER O2

OXIDATIVEOXIDATIVE

WEATHERINGWEATHERING

PHYTOPLANKTON CO2PHYTOPLANKTON CO2

PembentukanPembentukan

OO22 + hv + hv 2O (UV < 240 nm= UV C) 2O (UV < 240 nm= UV C)

2O + 2O2O + 2O22 2O 2O33

3O3O22 2O 2O33

PenguraianPenguraian

OO33 + hv + hv O O22 + O (UV <290 nm) + O (UV <290 nm)

OO33 + O + O22 2O 2O22

2O2O33 3O 3O22

Lubang ozonLubang ozon

2ClO2ClO22 Cl Cl22OO22

ClCl22OO22 + hv + hv ClOO + Cl ClOO + Cl

ClOO + M ClOO + M Cl + O Cl + O22 + M + M

2 (Cl + O2 (Cl + O33 ClO + O ClO + O22))

2O2O33 3O 3O22

Reaksi UmumReaksi Umum

X + OX + O33 XO + O XO + O22

O + XO O + XO X + O X + O22

O + OO + O3 3 2O 2O22

AtauAtau

X + OX + O33 XO + O XO + O22

XO + OXO + O33 X + 2O X + 2O22

2O2O33 3O 3O22

X = H, OH, dan NOX = H, OH, dan NO

Ozon Ozon 90% di stratosfir90% di stratosfir10% di troposfir10% di troposfir

Ozon di troposfirOzon di troposfir

NONO22 + hv + hv NO + O (UV <380 nm = UV- NO + O (UV <380 nm = UV-A)A)

O + OO + O22 O O33

Diikuti reaksiDiikuti reaksi

NO + ONO + O33 NO NO22 + O + O

Bila ada hidrokarbon dalam jumlah Bila ada hidrokarbon dalam jumlah tinggitinggi

NO + R-OO NO + R-OO NO NO22 + R-O + R-O

Bila ada CH4Bila ada CH4

CHCH44 + 4O + 4O22 CH CH22O + HO + H22O + 2OO + 2O33

2.6.4. DAUR NITROGEN2.6.4. DAUR NITROGEN

1.1. Merupakan daur yang paling rumit Merupakan daur yang paling rumit dalam ekosistemdalam ekosistem

2.2. N di atm hanya dapat digunakan N di atm hanya dapat digunakan dalam bentuk NHdalam bentuk NH44

++ atau NO atau NO33--

3.3. N di atm hanya dapat digunakan N di atm hanya dapat digunakan langsung oleh beberapa bakteri dan langsung oleh beberapa bakteri dan alga hijau-biru alga hijau-biru amino amino asam amino asam amino protein protein

4.4. Protein binatang dan tumbuhan yang Protein binatang dan tumbuhan yang mati didekomposisi menjadi NOmati didekomposisi menjadi NO33 dan dan N gasN gas

FIKSASI NITROGENFIKSASI NITROGEN

Konversi N gas menjadi NOKonversi N gas menjadi NO3 3 melalui :melalui :- Fiksasi elektrokimia (kilat) Fiksasi elektrokimia (kilat) 35 35

mg/mmg/m22/tahun/tahun- Fiksasi biologis Fiksasi biologis a. Bakteri : Azotobactera. Bakteri : Azotobacter RhizobiumRhizobium ClostridiumClostridium BeijerinckiaBeijerinckia DerxiaDerxia RhodospirilumRhodospirilum

b. Class Cyanophyceae : b. Class Cyanophyceae : Ordo : Nostocales Ordo : Nostocales Fam : Nostocaceae Fam : Nostocaceae Genus : Nostoc Genus : Nostoc AnabenaAnabena GleotrichiaGleotrichia TrichodesmiumTrichodesmium

Rhizobiun Simbiose :Rhizobiun Simbiose :

Leguminosa, Pinus, Ginkgo, Araucaria, Leguminosa, Pinus, Ginkgo, Araucaria, Alnis, Casuarina, Myrica, Ceanothus, Alnis, Casuarina, Myrica, Ceanothus, Coriaria, Eleagnus, Hipphophae, Coriaria, Eleagnus, Hipphophae, Phycotria, ShepherdiaPhycotria, Shepherdia

Cyanophycea alga simbioseCyanophycea alga simbiose

Akar Cycas, daun Azolla, Anthoceros Akar Cycas, daun Azolla, Anthoceros dan lichensdan lichens

Fiksasi biologis Fiksasi biologis 700 – 7000 mg 700 – 7000 mg N/mN/m22/tahun /tahun

Menghasilkan energi 20 kcal/molekul Menghasilkan energi 20 kcal/molekul NN

AMMONIFIKASIAMMONIFIKASI

1.1. Protein Protein asam amino + amonia (MO) asam amino + amonia (MO)

2.2. Menghasilkan 176 kcal /mol asam aminoMenghasilkan 176 kcal /mol asam amino

3.3. Amonia dilepaskan ke udara atau ke dalam Amonia dilepaskan ke udara atau ke dalam tanah, atau dioksidasi jadi nitrattanah, atau dioksidasi jadi nitrat

4.4. pH tinggi, kapasitas pertukaran kation pH tinggi, kapasitas pertukaran kation rendah, kekeringan dan temperatur tinggi rendah, kekeringan dan temperatur tinggi mendukung pelepasan amonia dalam bentuk mendukung pelepasan amonia dalam bentuk gas ke atmosfitgas ke atmosfit

5.5. MO yang berperan umumnya actinomycetes MO yang berperan umumnya actinomycetes dan beberapa species dan beberapa species Bacillus Bacillus ((B. subtilis; B B. subtilis; B mesenterilusmesenterilus))

NITRIFIKASINITRIFIKASI

Konversi amonia menjadi nitrat kembali Konversi amonia menjadi nitrat kembali dengan bantuan MO, terdiri atas 2 dengan bantuan MO, terdiri atas 2 tahap:tahap:

NHNH33 + 1,5O + 1,5O22 HNO HNO22 + H + H22O + 66 kcalO + 66 kcal

Nitrosomonas, Nitrospira, Nitrosoglea Nitrosomonas, Nitrospira, Nitrosoglea dan Nitrococcusdan Nitrococcus

HNOHNO33 + 0,5O + 0,5O22 HNO HNO33 + 17,5 kcal + 17,5 kcal

NitrocystisNitrocystis dan dan NitrobacterNitrobacter

Energi yang dihasilkan digunakan MO Energi yang dihasilkan digunakan MO dalam asimilasi karbondalam asimilasi karbon

Fikasai N dan nitrifikaso di laut hampir Fikasai N dan nitrifikaso di laut hampir sama hanya prosesnya lambatsama hanya prosesnya lambat

DENITRIFIKASIDENITRIFIKASI

1.1. Sebagian nitrat di dalam tanah direduksi Sebagian nitrat di dalam tanah direduksi kembali menjadi gas N atau oksida N atau kembali menjadi gas N atau oksida N atau amoniaamonia

2.2. Biasanya berlangsung dalam kondisi Biasanya berlangsung dalam kondisi anaerobanaerob

3.3. Oksigen dalam molekul nitrat digunakan Oksigen dalam molekul nitrat digunakan oleh MO untuk mengoksidasi karbohidratoleh MO untuk mengoksidasi karbohidrat

4.4. Beberapa bakteri sulfur dan besi Beberapa bakteri sulfur dan besi menggunakan oksigen untuk kegiatan menggunakan oksigen untuk kegiatan kemosintetikkemosintetik

5. Contoh reaksi5. Contoh reaksi

CC66HH1212OO6 6 +6KNO+6KNO33 6CO 6CO22 + 3H + 3H22O + O + 6KOH + 3N6KOH + 3N22O + 545 O + 545 kcalkcal

5C6H12O6 + 24KNO3 5C6H12O6 + 24KNO3 30CO2 + 18 30CO2 + 18 H2O + 24 KOH + 12 H2O + 24 KOH + 12 N +N +

570 kcal (per mol 570 kcal (per mol glukosa)glukosa)

S + KNO3 + CaCO3 S + KNO3 + CaCO3 K2SO4 + K2SO4 + CaSO4 + CO2 + N2 + 132 kcal (per CaSO4 + CO2 + N2 + 132 kcal (per mol S)mol S)

BakteriBakteri- Bacillus cereus, B licheniformiasBacillus cereus, B licheniformias- Pseudomonas denitrificansPseudomonas denitrificans- Thiobacillus denitrificansThiobacillus denitrificans- MicrococcusMicrococcus- AcromobacterAcromobacter

- Contoh gangguan :- Contoh gangguan :

pemupukan dengan N berlebihan pemupukan dengan N berlebihan penyuburan (eutrofikasi)penyuburan (eutrofikasi)

pembakaran biomas berlebihan dgn pembakaran biomas berlebihan dgn kandungan N tinggi kandungan N tinggi N2O N2O ERK ERK

PAN (peroxy-PAN (peroxy-acetyl-nitrate)acetyl-nitrate)

O OO O

CHCH33 - C - OO + NO - C - OO + NO22 CH CH33 - C – CONO - C – CONO22

2.6.5. DAUR SULFUR2.6.5. DAUR SULFUR

1.1. Sangat mirip dengan daur nitrogen, Sangat mirip dengan daur nitrogen, melibatkan bentuk teroksidasi (SO2) dan melibatkan bentuk teroksidasi (SO2) dan tereduksi (H2S), dan tumbuhan hanya tereduksi (H2S), dan tumbuhan hanya dapat menggunakan dalam bentuk sulfatdapat menggunakan dalam bentuk sulfat

2.2. Perbedaan dengan daur nitrogen, sulfur Perbedaan dengan daur nitrogen, sulfur berada di atmosfir sangat pendek, dan berada di atmosfir sangat pendek, dan sumbernya ada di dalam tanahsumbernya ada di dalam tanah

3.3. Sulfur tersedia bagi tanaman karena Sulfur tersedia bagi tanaman karena jasa bakteri sulfur.jasa bakteri sulfur.

4.4. Sulfur berada di atmosfir sebagian Sulfur berada di atmosfir sebagian karena aktivitas pembakaran BB fosil.karena aktivitas pembakaran BB fosil.

5. Sulfur dioksida dan hidrogen sulfida 5. Sulfur dioksida dan hidrogen sulfida kembali ke tanah sebagai asam sulfat kembali ke tanah sebagai asam sulfat hujan asam hujan asam

6. Hanya beberapa jenis lichen yang 6. Hanya beberapa jenis lichen yang dapat menggunakan sulfur dioksida.dapat menggunakan sulfur dioksida.

7. Sulfur dalam tubuh organisme dalam 7. Sulfur dalam tubuh organisme dalam bentuk protein. bentuk protein.

8. MO yang berperan dalam kondisi 8. MO yang berperan dalam kondisi a. aerob : a. aerob : AspergillusAspergillus NeurosporaNeurospora b. anaerob : b. anaerob : EscherichiaEscherichia ProteusProteus

9. Pada kondisi anaerob (tanah yang terendam 9. Pada kondisi anaerob (tanah yang terendam air) dihasilkan sulfida terutama hidrogen air) dihasilkan sulfida terutama hidrogen sulfida.sulfida.

RCH2OH + SO4 RCH2OH + SO4 RCOOH + H2O + S RCOOH + H2O + S

CH2NH2COOH + H2O + SO4 CH2NH2COOH + H2O + SO4

H2S+ HSH2S+ HS-- + HCO3 + HCO3-- + NH4 + NH4++

Bakteri :Bakteri :

Vibrio desulphuricansVibrio desulphuricans

AerobacterAerobacter dan dan DesulphovibrioDesulphovibrio

10. Pada daur sulfur, terjadi juga 10. Pada daur sulfur, terjadi juga oksidasi sulfur elemental dan sulfida oksidasi sulfur elemental dan sulfida menjadi sulfat oleh bakteri menjadi sulfat oleh bakteri Beggiatoa dan Thiobacillus.Beggiatoa dan Thiobacillus.

11. Thiobacillus thiooxidans bisa tetap 11. Thiobacillus thiooxidans bisa tetap aktif pada kondisi asam dan aktif pada kondisi asam dan mengkonversi sulfur menjadi sulfat mengkonversi sulfur menjadi sulfat sampai konsentrasi 10%.sampai konsentrasi 10%.

Biogeochemical CyclingBiogeochemical Cycling

S in coal andS in coal and

Organic S inOrganic S in petroleum petroleum

plants and animalsplants and animals

Decomposition by Decomposition by Oxidation Oxidation

bacterial reductionbacterial reduction

Taken upTaken up H2SH2S

by lakesby lakes

S. FIXING Photo and chemo-S. FIXING Photo and chemo-

BACTERIA system BACTERIA system SO2SO2

Sulfate Sulfate

2.6..6 DAUR FOSFOR2.6..6 DAUR FOSFOR

1.1. Agak sederhana, tapi bernilai tinggi Agak sederhana, tapi bernilai tinggi

a. sebagai karier utama energi (ATP) a. sebagai karier utama energi (ATP)

b. menimbulkan masalah lingkunganb. menimbulkan masalah lingkungan

2.2. Batuan fosfatik Batuan fosfatik pelapukan pelapukan rantai rantai makanan makanan dekomposisi dekomposisi

3.3. Fosfor di udara dalam bentuk partikelFosfor di udara dalam bentuk partikel

4.4. Fosfat yang larut dalam air Fosfat yang larut dalam air laut laut kembali ke ekosistem terrestrial : pupuk kembali ke ekosistem terrestrial : pupuk guano; ikanguano; ikan

5.5. Pemupukan P berlebihan Pemupukan P berlebihan penyuburan penyuburan

2.6.7. DAUR ELEMEN 2.6.7. DAUR ELEMEN LAINLAIN

1.1. Umumnya mirip hanya dalam Umumnya mirip hanya dalam konsentrasi kecilkonsentrasi kecil

2.2. Tersedia bagi makhluk hidup Tersedia bagi makhluk hidup karena pelapukankarena pelapukan

3.3. Kariernya air dan udara (angin).Kariernya air dan udara (angin).