BUKU AJAR DENGAN PENDEKATAN JELAJAH ALAM SEKITAR (JAS)
EKOLOGI Oleh : Dra. Sri Ngabekti, M. S.
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG JUNI 2006 i
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL ................................................................................................. PRAKATA………………………………………………………………………….. DAFTAR ISI.............................................................................................................. DAFTAR GAMBAR ................................................................................................. BAB I PENDAHULUAN A. Pengertian Ekologi ....................................................................................... B. Kedudukan Ekologi dalam Biologi .............................................................. C. Ruang Lingkup Ekologi ............................................................................... D. Pembagian Ekologi....................................................................................... E. Pemodelan Ekologi....................................................................................... BAB II A. B. C. D. E.
i ii iii iv 3 4 5 6 6
POPULASI SEBAGAI UNIT EKOLOGI Pendahuluan ................................................................................................. Organisme dan Individu ............................................................................... Populasi ........................................................................................................ Karakteristik Populasi .................................................................................. Interaksi Dalam Populasi..............................................................................
8 8 9 10 17
BAB III KOMUNITAS A. Pendahuluan ................................................................................................. B. Pengertian ..................................................................................................... C. Karakteristik Komunitas............................................................................... D. Klasifikasi dan Analisis Komunitas ............................................................. E. Keanekaragaman Jenis dalam Komunitas .................................................... F. Interaksi dalam Komunitas ........................................................................... G. Suksesi Komunitas ....................................................................................... H. Tipe-tipe Komunitas .....................................................................................
20 20 21 23 24 25 27 29
BAB IV EKOSISTEM A. Pendahuluan ................................................................................................. B. Pengertian ..................................................................................................... C. Komponen Ekosistem................................................................................... D. Proses-proses dalam Produsen, Konsumen, dan Pengurai ........................... E. Energi dalam Ekosistem ............................................................................... F. Rantai dan Jaring-jaring Makanan, Tingkat Trofik ...................................... G. Struktur Trofik dan Piramida Ekologi .......................................................... H. Produktivitas Ekosistem ............................................................................... I. Homeostatis Ekosistem ................................................................................
30 30 31 32 35 36 37 40 42
DAFTAR PUSTAKA
ii
DAFTAR GAMBAR Gambar
Halaman
1. Biologi “kue lapis” yang menggambarkan pembagian secara mendatar dan secara tegak ......................................................................................................
4
2. Tingkat Organisasi Biologi (spektrum Biologi) ..............................................
5
3. Piramida Umur .................................................................................................
13
4. Beberapa bentuk pertumbuhan populasi ..........................................................
15
5. Diagram arus energi yang disederhanakan untuk tiga tingkat trofik ...............
34
6. Piramida jumlah, biomas dan energi dalam berbagai ekosistem .....................
38
7. Estimasi rata-rata produktivitas primer bersih berbagai tipe ekosistem ..........
41
iii
PRAKATA Alhamdulillah, puji dan syukur kami panjatkan kehadiran Allah SWT, karena atas karena karunia, rahmat, dan hidayahNya, penulis Buku Ajar Ekoloi dapat diselesaikan dengan baik. Penyusunan Buku Ajar ini didasarkan pada pentingnya buku pegangan bagi dosen dana mahasiswa dalam proses perkuliahan, sehinga dosen tidak perlu terlalu banyak mennyajikan materi di kelas. Hal ini akan berdampak positif yaitu, dosen mempunyai lebih banyak waktu untuk membimbing mahasiswa. Buku Ajar ini juga dapat membantu mahasiswa dalam proses belajarnya, sehhingga tidak selalu bergantun pada dosen sebaai salah satu sumber informasi. Buku Ajar ini tersusun secara terintegrasi antara teori dan praktikum melalui keiatan eksperimen lingkungan sekitar sebaai objek pengamatan, guna mendukung pelaksanaan Hibah Kompetisi A2 yaitu penerapan pendekatan Jelajah Alam Sekitar (JAS). Pada eksplorasi, kegiatan dirancang sendiri oleh mahasiswa secara berkelompok, sehinga diharapkan dapat merangsang aktivitas dan kreativitas mahasiswa. Issi buku ini terdiri atas lima bab. Pada Bab I dibahas pengertian, kedudukan, ruang lingkup, pembagian, dan pemodelan ekologi. BAB II sampai IV merupakan inti dari lingkup ekologiberdasarkan tingkat oranisasi biologi, mulai dari populasi, komunitas, sampai ekosistem. Buku Ajar ini diperuntukan bagi mahasiswa Jurusan Biologi sebaai mata kuliah wajib. Bai mahasiswa program Studi Biologi, mata kuliah ini merupakan prasyarat untuk mengambil mata kuliah Ekologi Tumbuhan dan Ekologi Hewan. Ucapan terimakasih kami sampaikan kepada Ibu Ir. Rachmawati Siswadi, S.U.,M.Agr.Sc. yang telah memberikan pelatihan menulis buku ajar. Demikian pula kepada rekan sejawat Bapak Drs. Nugroho Edi Kartiyono, M.Si. dan Bapak Drs.Bambang Priyono M.Si, yan telah memberikan koreksi dan masukan untuk memperbaiki buku ini. Buku ini telah disusun dengan sekuat tenaga dan pikiran. Namun, apabila masih ada kekurangan, masukan, kritik, dan saran sangat diharapkan . Semoga Buku Ajar ini bermanfaat.
1
BAB I PENDAHULUAN Mata kuliah Ekologi secara deskriptif mempelajari pengertian, ciri-ciri, komponen dan metode pengukuran parameter populasi, komunitas dan ekosistem melalui eksplorasi lingkungan. Setelah mengikuti mata kuliah ini mahasiswa diharapkan dapat : 1. memahami interaksi antar makhluk hidup dengan lingkunganya pada tinkat populas, komunitas, dan ekosistem, 2. bersikap aktif dan bijaksana dalam memanfaatkan sember daya alam, 3. bertindak dan berperilaku baik dalam memanfaatkan dan mengelola lingkunan hidupnya. Mata kuliah ini diharapkan bermanfaat untuk hal-hal sebagai berikut : 1. menyadarkan mahasiswa khususnya dan manusia pada umumnya, bahwa sumber daya alam harus dikelola dengan baik dan bijaksana, kelestarian kualitasnya harus dipelihara, dan dalam memanfaatkan jangan ada dampak negatif yan ditimbulkanya, 2. pada saat ini dampak negatif kegiatan manusia terhadap lingkungan besar sekali. Terjadi pencemaran, kelangkaan, dan kepunahan spesies, terjadinya perubahan pola cuaca dan iklim akibat penciutan luas hutan tropik, menjadi isu yang makin umum. Oleh karena itu manusia dihadapkan dua tantanan dan urgensi untuk menjamin keberlanjutan kesejahteraan hidupnya dan keberlanjutan dari kehadiran sejumlah besar spesies lain di bumi dengan cara : menjaga kelestarian ketersediaan sumber dayanya, dan memelihara linkungan hidupnya, 3. penelitian yang menghasilkan pemahaman mengenai berbagai aspek ekologi baik populasi, komunitas, maupun ekosistem, sehinga faktor-faktor dan pentingnya diketahui akan menghasilkan permasalahan-permasalahan yang lebih akurat. Hal ini sangat mendukung upaya manusia intuk mencegah terjadinya
perubahan
yang
merugikan
lingkungan,
dan
menjaa
kesinambungan ketersediann sumber daya agar pemanfaatanya berkelanjutan
2
4. Ekologi sebagai ilmu dasar untuk mengkaji ilmu-ilmu lain seperti ilmu lingkungan, ekologi tumbuhan, ekologi hewan, serta hubungan erat dengan cabang biologi lain seperti fisiologi, morfologi, toksikologi dan sebagainya 5. Mata kuliah Ekologi juga bermanfaat bagi calon guru sebagai bekal mengajar IPA. Biologi mulai Sekolah Dasar, Sekolah Menengah Pertama, sampai Sekolah Menengah Atas Untuk mempelajari dan memahami buku ajar ini, mahasiswa diharapkan melakukan eksplorasi yang kegiatannya dirancang sendiri. Sebagai petunjuk awal, mahasiswa dapat membaca buku ajar untuk merancang kegiatan eksplorasi, khususnya untuk menyusun landasan teoritisnya. Selain itu, dari membaca mahasiswa
dapat
membuat
ringkasan,
skema,
atau
peta
konsep
yang
memudahkannya mahasiswa mengulang dan mempelajari kembali. Dari hasil membaca, dapat ditentukan hal-hal yang belum dapat dipahami sebagai bahan diskusi dengan dosen dan mahasiswa lain, sehingga kegiatan dalam perkuliahan menjadi hidup dan lebih bermakna. Hasil pemahaman dalam membaca dan mempelajari konsep selama kuliah, ditunjukan dengan mengerjakan latihan-latihan pada akhir setiap konsep, dan tugas terstruktur yang diberikan secara rutin pada setiap akhir perkuliahan. Untuk mendalami konsep lebih lanjut, dapat dibaca bukubuku yang terdapat dalam Daftar Pustaka. Pada bab I ini dibahas pengertian, kedudukan, ruang lingkup, pembagian, dan pemodelan ekologi
A. Pengertian Ekologi Kata Ekologi pertama kali diperkenalkan oleh Ernest Haeckel, ahli biologi Jerman pada tahun 1869, berasal dari bahasa Yunani oikos yang berarti “rumah” atau “tempat untuk hidup” dan logos yang berarti ilmu, telaah, atau studi. Secara harfiah, ekologi adalah ilmu yang mempelajari organisme di rumahnya. Biasanya ekologi didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari hubungan timbal-balik antara makhluk hidup dengan lingkungannya. Definisi yang lain, Odnum (1963) menyatakan ekologi sebagai ilmu yag mengkaji struktur dan fungsi alam. Dalam Webster’s Unbridged Dictionary, ekologi didefinisikan sebagi totalitas atau pola hubungan abtara organisme dengan
3
Lingkungannya. Sementara Charles Elton (1927) mendefinisikan ekologi sebagai sejarah alam secara ilmiah Andrawertha (1961) secara lebih khusus menyatakan ekologi merupakan studi ilmiah mengenai distribusi organisme dan kelimpahannya. Definisi ini disempurnakan oleh Krebs (1978) yang menyatakan ekologi mempelajari interaksiinteraksi yang menentukan sebaran dan kelimpahan organisme. Kemudian Kandeigh (1980) memberikan definisi ekologi sebagai kajian tentang hewan dan tumbuhan dalam hubungannya antara suatu makhluk yang satu dengan yang lain dan antara makhluk dengan lingkungannya B. Kedudukan Ekologi dalam Biologi Ekologi merupakan bagian dari Biologi. Secara tradisional, biologi diibaratkan sebagai kue, yang dipotong menjadi dua cara yang berbeda, yaitu secara mendatar (horizontal) dan secra tegak (vertikal), seperti tampak pada Gambar 1 dibawah ini
Gambar 1. Biologi “Kue Lapis” yang menggambarkan pembagian secara mendatar dan secara tegak (Odum : 1971) Secara mendatar disebutjuga pembagian dasar, kedudukan ekologi setara dengan moorfologi, fisiologi, evolusi, genetika, biologi monokuler, dan seterusnya. Secara tegak atau disebut juga pembagian secara taksonomi, membicarakan ekologi dari jenis-jenis organisme tertentu, seperti ekologi serangga, ekologi manusia, ekologi 4
burung, dan sebagainya. Jadi ekologi adalah bagian dasar dari biologi dan juga merupakan bagian integral dari setiap dan semua pembagian taksonomi.
C. Ruang Lingkup Ekologi Cara yang paling baik untuk menentukan ruang lingkup ekologi menurut Odum (1971) adalah berdasarkan tingkat organisasi biologi yang digambarkan sebagai suatu “spektrum biologi” seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2. Komponen BIOTIK
Gen - Sel - Organ - Organisme - Populasi - Komunitas
Ditambah Komponen ABIOTIK
Materi
Energi
Sama dengan BIOSISTEM
S.Gen- S.Sel- S.Organ- S.Organisme- S.Populasi- Ekosistem
Gambar 2. Tingkat Organisasi Biologi (spektrum
Biologi). Ekologi mengarahkan
perhatiannya ke bagian sebelah kanan dari spektrum, yakni tingkat-tingkat organisasi dari organisme ke ekosistem
Interaksi dengan komponen abiotik (materi dan energi) pada setiap tingkat, menghasilkan sistem fungsional yang khas. Sistem adalah komponen-komponen yang secara teratur berinteraksi dan saling tergantung membentuk satu kesatuan. Menurut Sutjipta(1992) ada tujuh ciri sistem yaitu: adanya masukan (input), adanya keluaran (output), adanya organisasi, mengandung hirarkhi, memungkinkan umpan balik, dapat dibuat simulasi, dan dapat dibuat model. Berdasarkan spectrum biologi di atas, maka ekologi mempunyai lingkup mulai populasi, komunitas, dan ekosistem. Menurut Kandeigh (1980), ekologi mempunyai ruang lingkup sebagai berikut. 1. Sebaran dan kelimpahan setempat (secara lokal) dan secara geografik jenis makhluk hidup (habitat, relung, komunitas, dan biogeografi). 2. Perubahan menurut ruang dan waktu dalam keberadaan, kelimpahan, serta aktivitas makhluk hidup (musiman, tahunan, suksesional, geologik). 3. Saling keterkaitan antara makhluk hidup dalam populasi dan komunitas (ekologi populasi/ ekologi komunitas).
5
4. Adaptasi structural dan fungsional makhluk hidup dengan lingkungan fisikanya (ekologi fisiologik). 5. Perilaku makhluk hidup dalam kondisi alam (ethologi). 6. Pemisahan habitat dan relung ekologi, spesiasi serta ekologi evolusioner. 7. Produktivitas makhluk hidup dan manfaatnya bagi manusia (ekologi ekosistem) 8. Pengembangan model matematik untuk menghubungkan interaksi parameter dan membuat perkiraan pengaruh (analisis sistem). D. Pembagian Ekologi Ekologi dapat dibagi dengan dasar bermacam-macam. Pembagian ini dimaksudkan
untuk
mempermudah
dan
memperdalam
kajian.
Menurut
Resosoedarmo dkk. (1984), berdasarkan bidang kajiannya atau pendekatannya, ekologi dibagi dua yaitu: 1. Auto ekologi yang mempelajari suatu jenis (spesies) organisme yang berinteraksi dengan lingkungannya. Kajian ini ditekankan pada aspek siklus hidup, adaptasi, sifat parasit atau non parasite. Istilah lainnya adalah ekologi populasi. 2. Sinekologi mempelajari berbagai kelompok organisme sebagai suatu kesatuan yang saling berinteraksi dalam suatu daerah tertentu. Istilah lain sinekologi adalah ekologi komunitas. Bedasarkan taksonomi, ekologi dapat dibagi sesuai sistematika makhluk hidup seperti ekologi hewan, ekologi tumbuhan, ekologi mikroba, dan sebagainya. Ekologi dapat dibagi lagi berdasarkan jenis habitat, seperti ekologi terrestrial, ekologi akuatik, ekologi bahari, ekologi estuaria, dan sebagainya.
E. Pemodelan Ekologi Model merupakan suatu perumusan yang menirukan kejadian alam sebenarnya, sehingga dengan model tersebut dapat dibuat peramalan-peramalan. Dalam bentuk sederhana, model berbentuk gambar atau grafik, diagram, dan kurva. Pada saat ini, model digambarkan secara statistic dan matematik apabila data bersifat kuantitatif., sehingga peramalan lebih dapat dipertanggungjawabkan. Model dapat dievaluasi melalui tiga sifat dasar atau tujuan yaitu: realism, presisi dan generalitas. Realisme mengacu pada derajat kesesuaian antara pernyataan 6
matematik model dengan konsep biologi. Presisi adalah kemampuan model untuk memprakirakan perubahan numerik dan menirukan data yang digunakan sebagai dasar dalam menyusun model itu. Generalitas mengacu pada luasnya kemempuan penerapan model itu.
Soal-soal latihan 1. Apa saja yang dipelajari dalam ekologi? 2. Sebutkan secara singkat kegunaan ekologi untuk diterapkan pada kehidupan sehari-hari. 3. Sebutkan sedikitnya 3 macam definisi ekologi (sebutkan pula ahlinya). 4. Jelaskan
ruang lingkup
ekologi:
a.
berdasarkan
spektrum
biologi
b.berdasakan pendapat Kandeigh (1980) 5. Jelaskan kedudukan ekologi dalam biologi 6. Sebutkan perbedaan antara siekologi dan outekologi berikut contohcontohnya 7. Jelaskan pengertian sistem, dan sebutkan ciri-cirinya dengan contoh. 8. Jelaskan manfaat dan cara evaluasi model 9. Apa yang Saudara harapkan dalam mengikuti mata kuliah ekologi 10. Buatlah peta konsep dari Bab I Pendahuluan ini.
7
BAB II POPULASI SEBAGAI UNIT EKOLOGI
A. Pendahuluan Unit terkecil kajian ekologi adalah populasi. Untuk memahami populasi, lakukan eksplorasi berikut ini. Eksplorasi 01 1. Secara berkelompok, rancang kegiatan untuk memahami pengertian dan karakteristik statistik populasi (kerapatan, frekuensi, dominansi, pola distribusi, interaksi dan pertumbuhan) 2. Presentasikan rancangan kegiatan dalam diskusi kelas guna mendapatkan masukan dan saran dari kelompok lain/dosen 3. Laksanakan kegiatan dengan menggunakan rancangan kegiatan yang telah disusun untuk mengambil data 4. Buat laporan hasil kegiatan 5. Presentasikan hasil kegiatan untuk memahami konsep populasi
Pada bab I ini ditambahkan pembahasan pengertian, dan karakteristik individu penyusun populasi secara singkat, oleh karena telah dibahas secara rinci pada Mata Kuliah Biologi Umum dan Genetika. Populasi akan dikaji lebih dalam, menvangkup pengertian, karakteristik, dan parameter populasi sebagai bahan pertimbangan untuk menyusun rancangan pengamatan.
B. Organisme dan Individu Organism adalah sekumpulan sistem organ yang merupakan kerjasama antara struktural dan fungsional yang harmonis, sehingga menghasilkan suatu benda hidup, jasad hidup atau mahluk hidup. Satu mahluk hidup disebut dengan individu. Kata individu berasal dari bahsa Latin: in artinya tidak, dan dividuus yang artinya dapat dibagi. Contoh individu adalah seekor sapi yang dalam kawanannya, seekor ikan dalam kelompoknya, setiap batang pohon karet dalam suatu perkebunan, dan sebagainya. Pada umumnya satu individu dapat dibedakan dari individu lainnya, karena pada dasarnya didunia ini tidak ada dua individu yang benar-benar sama segalagalanya. Setiap individu memiliki ciri-ciri khusus yang berbeda.
8
Ciri-ciri khusus yang dimiliki oleh setiap individu, dapat merupakan faktor pembeda antara individu satu dengan yang lain, sehingga akan tampak adanya keanekaragaman individu. Ciri ini berupa ciri-ciri lahir atau yang nampak (fenotip) dan ciri-ciri yang tidak nampak (genotip). Ciri-ciri yang nampak antara lain keanekaragaman morfologis dari individu seperti ukuran tubuh, warna kulit, bulu, atau bunga, bentuk hidung, daun dan sebagainya. Ciri-ciri yang tidak nampak,antara lain keanekaragaman jumlah kromosom pada setiap sel penyusun tubuh individu. Ciri-ciri tersebut merupakan fenomena kehidupan dalam tubuh setiap makhluk hidup, bersifat menurun atau herediter yang diwariskan dari induk kepada keturunannya. Sifat yang diwariskan, keadaanya mungkin sama atau berbeda dengan induknya. Hal ini sangat tergantung pada cara reproduksi induk. Apabila reproduksinya aseksual atau vegetatif, maka ciri-ciri keturunan sama dengan induknya. Namun, apabila cara reproduksinya seksual atau generatif, sifat keturunanya mengikuti sifat kedua induknya. Individu yang dihasilkan secara vegetatif disebut ramet atau clone sedangkan individu yang dihasilkan secara generatif disebut genet.
C. Populasi Selain memiliki ciri khusus, individu juga memiliki persamaan ciri dengan individu lain. Persamaan ini merupakan faktor pengikat individu kedalam satu kelompok makhluk hidup yang serupa atau sejenis disebut populasi. Pengertian populasi menurut para ahli adalah sebagai berikut : 1. Resosoedarmo (1984), secara umum populasi dapat dianggap sebagai suatu kelompok organisme yang terdiri dari individu yang tergolong dalam satu jenis, atau satu varietas, satu ekotipe atau satu unit taksonomi lain yang terdapat pada suatu tempat. 2. Odum (1971), mendifinisikan populai sebagai sekelompok kolektif organisme-organisme dari spesies yangs sama (atau kelompok-kelompok lain didalam mana individu-individu dapat bertukar informasi genetiknya) yang menduduki ruang atau tempat tertentu. 3. Kendeigh (1080) menyatakan taksonomiwan mengguankan istilah populasi untuk suatu kumpulan setempat individu yang sedikit berbeda dari kumpulan setempat lain pada spesies yang sama. 9
4. Krebs (1987) menerangkan populasi sebagai sekelompok makhluk hidup yang sama spesiesnya dan mendiami suatu ruang khusus pada waktu yang khusus. Populasi dapat dibagi menjadi deme, atau populasi setempat, kelompokkelompok yang saling membuahi, satuan kolektif terkecil populsi hewan atau tumbuhan.
D. Karakteristik Populasi Karekteristik dasar populassi ada dua yaitu : karakteristik biologis yang merupakan ciri yang dimiliki oleh individu-individu pembangun populasi, dan karakteristik statistik yang merupakan ciri uniknya sebagai himpunan atau kelompok-kelompok individu. Yang termasuk karakteristik biologis populasi adalah sebagai berikut : 1. Mempunyai struktur dan organisasi tertentu, yang sifatnya ada yang konstan ada pula yang mengalami perubahan sejalan dengan waktu (umur). 2. Mempunyai ontogeni atau sejarah hidup (lahir, tumbuh, berdiferensiasi, tua, mati). 3. Dampak dikenai dampak faktor-faktor lingkungan, dan dapat memberikan respons terhadap faktor lingkungan 4. Mempunyai hereditas 5. Terintegrasi oleh faktor-faktor hereditas (genetik) dan lingkungan (ekologi) Karakteristik statistik merupakan ciri yang tidak dipunyai oleh suatu organisme. Ciri ini timbul sebagai akibat dari aktivitas kelompok individu yang berinteraksi. Yang termasuk karakteristik statistik populasi adalah kelimpahan dan kerapatan populasi, sebaran umur, distribusi atau dispersi individu-individu dalam populasi, potensi biotik, dan bentuk pertumbuhan.
1.Kelimpahan dan Kerapatan Populasi Kelimpahan populsi merupakan tinggi rendahnya jumlah individu dalam populasi yang menunjukkan besar kecilnya ukuran populasi. Seluruh area yang ditempati individu suatu populasi sering kali tidak diketahui batasnya, karena itu kelimpahan (ukuran) populasi pun praktis tidak mungkin untuk ditentukan.
10
Sehubungan dengan hal tersebut, maka digunakan pengukuran tingkat kelimpahan populasi per satuan ruang yang ditempati yang disebut kerapatan. Kerapatan populasi adalah rata-rata jumlah individu per satuan luas area (m2, Ha, km dan sebagainya), atau per satuan volume medium (cc/ml, liter), atau per satuan berat medium tempat hidup (gram, kg, dan sebagainya). Dalam hal tertentu, kerapatan populasi hewan lebih memberikan makna bila dinyatakan per satuan habitat atau mikrohabitat. Misalnya, sekian individu cacing kremi per individu inang, sekian larva Dacus per buah jambu, dan sekian individu hama wereng per rumpun padi, akan lebih bermakna dibandingkan dengan penggunaan satuan penyebut, secara berturut-turut, per gram tubuh inang, per ha kebun jambu, dan per Ha sawah. Kerapatan populasi tidak selalu harus dinyatakan sebagai jumlah individu. Apabila ukuran tubuh individu sangat bervariasi, kerapatan populasi seringkali dinyatakan sebagai kerapatan biomassa (B). Harga B dapat dihitung rumus sebagai berikut: B = ∑ b atau B = nb b = berat tubuh individu n = jumlah individu b = rata-rata berat tubuh individu Dalam bahasan yang lebih khusus (produkrivitas, energetika) di bidang ekologi, adakalnya biomassa dinyatakan dalam satua berat kering (bebas air) atau satuan energi (kcal, cal, joule). Di alam, terdapat kecenderungan umumadanya hubungan berbanding terbalik antara kerapatan dengan ukuran tubuh. Populasi dengan kerapatan tinggi berukuran tubuh kecil, dan sebaliknya. Kerapatan populasi dipengaruhi oleh parameter utama yaitu: natalitas, mortalitas, imigrasi, dan emigrasi. Selain itu, dipengaruhi pulas oleh distribusi umur, komposisi genetik, dan pola distribusi. Natalitas dan imigrasi meningkatkan kerapatan, sedangkan mortalitas dan emigrasi berpengaruh menurunkan kerapatan. Distribusi umur mempengaruhi kerapatan populasi karena berpengaruh pada natalitas dan mortalitas. Populasi dengan distribusi umur tua lebih besar daripada jumlah umur muda, kerapatannya akan menurun. Komposisi genetik berarti perbandingan jenis kelamin. Kerapatan akan bertambah apabila jumlah individu betina lebih banyak daripada jumlah individu jantan.
11
Pola distribusi merupakan sebaran individu dalam ruang. Ada tiga pola dasar yaitu: acak, teratur dan mengelompok. Pola distribusi mengelompok akan meningkatkan kerapatan populasi.
2. Sebaran umur Sebaran umur merupakan proporsi jumlah individu dari berbagai kelompok umur. Parameter ini penting dalam ekologi, karena berkaitan dengan adanya fenomena mortalitas dan natalitas spesifik umur. Oleh karena itu, perbandingan dari berbagai kelompok umur dalam suatu populasi menetukan status reproduktif yang sedang berlangsung dari populasi, dan menyatakan apa yang diharapkan pada masa depan mendatang. Apabila dalam populasi terdapat sejumlah besar individu dewasa, berarti akan menentukan daya berbiak populasi. Kategori
pengelompokan
umur
bermacam-macam,
tergantung
pada
tujuannya. Pada tumbuhan, Rabotnov (1969) dalam barnour (1986) membagi struktur umur kedalam 8 stadia perkembangan, yaitu: biji yang dapat berkecambah, semai, muda/juvenil, tidak dewasa/immature vegetatif, dewasa/mature, vegetatif, reproduksi awal, kesuburan maksimum (reproduktif dan vegetatif), dan tua/senesens. Pengelompokkan umur pada hewan ditinjau dari sudut kepentingannya, cukup dibagi dalam tiga kelompok, yaitu: praberbiak (prareproduktif),berbiak (reproduktif, usia subur), dan pascaberbiak (pascareproduktif). Untuk menggambarkan sebaran umur suatu populasi, dapat dilakukan dengan menyusun data mengenai kelompok umur dalam bentuk poligon atau piramida umur (gambar 3). Jumlah individu atau persentase individu untuk setiap kelompok umur digambarkan dalam bentuk balok-balok horizontal yang panjangnya sesuai dengan angka jumlah tersebut. Kelompok umur termuda digambarkan paling bawah, dan secara berturut-turut makin ke atas menunjukkan kelompok umur yang makin tua. Bentuk modifikasi piramida umur yang sederhana adalah dengan menggambarkan sekaligus nisbah kelamin untuk setiap kelompok umur, sebelah kiri untuk betina, dan sebelah kanan untuk jantan.
12
Gambar 3. Piramida Umur, A. Tiga tipe piramida yang mewakili persentase besar, sedang, dan kecil. B.
Piramida umur untuk populasi hewan mengerat di Laboratorium
Micritus agretis yang berkembang pada laju ekponensial (kiri), laju natalitas dan mortalitas sama. (sumber: Odum)
Bentuk piramida umur dapat memberikan gambaran prospek pertumbuhan populasi di masa mendatang. Suatu piramida umur yang bagian dasarnya lebar, menunjukkan bahwa populasi berpotensi untuk meningkat jumlahnya (populasi sedang tumbuh). Apabila proporsi jumlah individu muda dan tua berimbang sehingga menghasilkan laju natalitas dann mortalitas yang sama (berbentuk lonceng), maka populasi akan stabil (stasioner). Apabila proporsi jumlah individu muda lebih kecil daripada yang tua, populasinya senses. Sejalan dengan waktu, jumlah individu dalam populasi ini makin berkurang.
3. Distribusi dan pola distribusi internal (dispersi) Distribusi populasi adalah gerakan individu-individu atau anak-anaknya (biji, spora, larva) ke dalam atau keluar populasi atau daerah populasi. Ada tiga bentuk distribusi populasi : Emigrasi: gerakan keluar satu arah, Imigrasi: gerakan ke dalam satu arah, dan Migrasi: pergi dan datang secara periodik. Distribusi membantu natalitas dan mortalitas di dalam memberi wujud bentuk pertumbuhan dan kepadatan populasi. 13
Distribusi merupakan alat atau cara dimana daerah-daerah baru atau kosong diduduki makhluk hidup, sehingga terjadi keanekaragaman. Hal ini merupakan komponen penting di dalam arus gen dan spesiasi. Adanya barier ekologi (laut, sungai, gunung, jurang, dll) dan vagilitas (individu-individu yang sangat susah dipisahkan dari kelompoknya) sangat berpengaruh pada distribusi populasi. Individu-individu dalam suatu populasi yang menempati suatu area, mempunyai persyaratan hidup dan adaptasi yang sangat serupa satu dengan yang lain. Oleh karena itu variasi individual dalam populasi lebih sempit dibanding dengan populasi yang berlainan. Untuk mencegah terjadinya persaingan, setiap individu akan mengalami penjarakan (spacing) atau menyebar dengan pola tertentu dalam habitatnya. Secar umum ada tiga pola dasar distribusi distribusi individu dalam populasi yaitu: acak (random), mengelompok (clumped/aggregated/ underdispersed), dan teratur/ seragam (overdispersed) Penentuan pola ini didasarkan pada jarak/ posisi antara individu yang satu dengan yang lain. Dalam pola acak, individu tidak mempunyai arah dan posisi tertentu dengan individu lain (jarak antara individu tidak tertentu). Pola ini terjadi apabila faktorfaktor lingkungannya seragam, yang berarti peluang individu berada dimanapun sama, dan kehadiran individu di suatu situs tidak akan berpengaruh terhadap kehadiran kehadiran individu lainnya. Pola sebaran acak jarang dijumpai pada populasi alami, karena lingkungan alami sangat heterogen. Pola distribusi mengelompok, berarti hadirnya satu individu memungkinkan untuk menemukan individu lain di dekatnya ( karena jarak antar individu sangat dekat ). Pola ini paling banyak terjadi di alam. Terjadinya pengelompokan individu dapat disebabkan oleh hal-hal sebagai berikut. 1. Pada tumbuhan, reproduksi akan menghasilkan biji/ buah/ rimpang/ anakan yang tidak jauh dari induknya. Interaksi seksual pada hewan akan menghasilkan
pasangan
atau
kelompok
kawin,
yang
selanjutnya
menghasilkan kelompok induk dan anak-anaknya. 2. Individu-individu memberikan respons yang sama terhadap kondisi lokal ( iklim mikro ) yang bersifat homogen. 3. Adanya atraksi sosial ( pada hewan ) yang menghasilkan pengelompokan aktif membentuk koloni atau himpunan terorganisasi lain, sehingga peluang individu dalam kelompok untuk survive ( sintas ) meningkat. 14
Pola distribusi seragam yang dijumpai di alam, meskipun tidak sejarang pola acak. Pola ini terjadi apabila terjadi persaingan antar individu dalam poopulasi. Pada tumbuhan, pola seragamdapat dijumpai diberbagai lingkunganbinaan (pertanian, perkrbunan, dll).
4. Potensi biotik Potensi biotik populasi merupakan kemampuan populassi untuk tumbuh. Suatu populassi dikatakan tumbuh dalam laju potensi biotik apabila pertumbuhan itu dalam keadaan maksimum. Laju seperti ini tercapai dalam keadaan sangat menguntungkan sehingga natalitas maksimum, dan mortalitas minimum. Di alam laju pertumbuhan makssimum ini dapat terjadi tetapi tidak dapat bertahan lama karena lingkungan akan memberikan tekanan laju tahanan yang disebut environmental resistance. Tahanan lingkungan ini meerupakan gabungan dari semua factor yang berpengaruh terhadap peningkatan mortalitas atau penurunan natalitas. Apabila keseimbangan antara potensi biotik dan tahanan lingkunhan sama, populasi tidak akan tumbuh.
5. Bentuk pertumbuhan Populasi memiliki pola pertambahan yang disebut bentuk pertumbuhan populasi. Ada 2 pola pertumbuhan populasi didasr atas bentuk kurva hasil pengeplotan secara aritmatik, yaitu bentuk pertumbuhan sigmoid atau seperti huruf S dan bentuk pertumbuhan eksponensial seperti bentuk J (gambar 4).
Gambar 4. Beberapa
bentuk
pertumbuhan populasi
15
Pertumbuhan pada suatu populasi pada umumnya mengikuti pola kurva yang berbentuk S. pada permulaan pertumbuhan meningkat dengan cepat sampai pada suatu aaat pertumbuhan menjadi stabil, dan kurva menjadi datar yaitu pada saat potensi biotik sama dengan laha lingkungan. Dalam keadaan ini kemampuan lingkungan untuk menunjang pertumbuhan sudah mencapai titik maksimum, dan dikatakan bahwa daya dukung (carryng capacity) lingkungan sudah sampai pada batasnya. Bila keadaan lingkungan diubah, titik keseimbangan baru akan terbentuk. Ini berarti bahwa daya dukung dapat merubah sesuai dengan perubahan lingkungan. Daya dukung lingkungan dipengaruhi oleh perubahan lingkungan seperti cuaca, iklim, pembakaran, banjir, gempabumi, dan vulkanisme, serta oleh kegiatan manusia. Manusia mampu memodifikasi untuk meningkatkan daya dukung lingkungan dengan menambah komponen lingkungan yang menjadi factor pembatas seperti pemupukan lahan pertanian. Factor pembatas pertumbuhan populasi bermacam-macam. Dalam populasi hewan, dapat disebabkan oleh perilaku hewan. Jenis hewan tertentu tidak toleran terhadap keadaan penuh sesak (berdesak-desakan), sehingga hanya menghasilkan sedikit individu baru. Selain itu tersedianya bahan makanan bagi hewan yang sangat bergantung pada tumbuhan. Pemangsa antar jenis dalam populasi hewan seringkali juga merupakan factor pembatas. Apabila dalam ekosostem tidak ada factor pembatas, pada akhirnya cahaya matahari akan menjadi factor pembatas pertumbuhan. Untuk tumbuuhan, pembats pertumbuhan adalah kemempuannya untuk mengkonversi cahya matahari menjadi bahan makanan, atau tersediannya karbondioksida diatmosfer. Dalam ekosistem alami, air dan hara dalam tanah menjadi factor pembatas karena habis sebelum karbondioksida mencapai konsentrasi yang membatasi. Dalam pertumbuhan eksponensial bentuk J, kerapatan bertambah dengan cepat secara eksponensial, dan kemudian berhenti mendadak ketika perlawanan lingkungan dan factor-faktor pembatas mulai berlaku. Dalam pertumbuhan ini, mungkin tidak ada tingkat keseimbangan, tetapi batas terhadap jumlah populasi merupakan batas atas yang dikenakan oleh lingkungan.
16
E. Interaksi dalam Populasi (Interakasi Intraspesies) Pada dasarnya keberadaan individu didalam populasinya ada yang sendiri (soliter), ada yang kadang-kadang berkelompok, ada pula yang terus menerus dalam bentuk kelompok. Kehidupan bersama antar individu dalam populasi tidak lepas dari pemenuhan berbagai kebutuhan hidup seperti makanan, tempat hidup, perlindungan diri maupun reproduksi.
1. Interaksi pada tumbuhan Pada tumbuhan, adanya kebutuhan air dan makanan yang sama antar individu akan menimbulkan terjadinya hubungan kompetisi. Namun kompetisi hanya akan terjadi jika ketersediaan zat makanan terbatas sementara individu
yang
membutuhkan banyak. Semakin banyak jumlah individu dalam satu habitat, semakin besar peluang terjadinya kompetesi. Oleh karena itu dalam budidaya tanaman, diperlukan upaya untuk mengatasi terjadinya kompetesi dengan mengatur jarak tanam. Selain itu dapat dilakukan pula dengan sistem pergiliran tanaman, sehingga pengambilan zat makanan dalam tanah yang bergantung pada jenis tanaman, berganti pula porsi kebutuhan makanannya. Hubungan yang spesifik antar induvidu tumbuhan, dapat pula berupa kegiatan saling membantu (Protokooperasi) dalam pemenuhan kebutuhan air zat makanan yang diperlukan karena adanya organ penghubung. Hal ini terjadi pada tumubhan yang berkembang biak melalui anakan, geragih (stolon), ataupun rizoma (cari contohnya). Dengan cara ini, masih terjadi hubungan antar individu dan memungkinkan terjadinyas transportasi air dan zat makanan. Bentuk hubungan spesifik lain adalah hubungan untuk tujuan penyerbukaan. Pada jagung, meskipun pada satu pohon terdapat bunga jantan dan betina, tetapi karena masaknya tidak bersamaan maka penyerbukannya harus saling dengan tanaman lain. Apalagi pada salak atau kelengkengbyang berbunga jantan atau betinanya terpisah. Hubungan parasite juga dapat terjadi antar individu dalam populasi. Penelitian menunjukan bahwa akar tanaman cendana akan menggunakan haustoriumnya untuk menempelkan diri membentuk pertautan dengan tanaman lain.
2. Interaksi pada hewan Interaksi intraspesies pada hewan terjadi dalam bentuk saling memakan disebut kanibalisme. Berbagai ikan karnivor seperti Oscar, Arwana, Barramudi, Lele, mau 17
makan ikan sejenisnya yang berukuran lebih kecil termasuk anaknya sendiri. Dalam hal ini, kanibal terjadi sepanjang waktu. Ada pula kanibalisme yang terjadi saat tertentu. Pada belalang sembah, kanibalisme hanya terjadi saat perkawinan. Setelah kawin belalang sembah jantan dimangsa oleh betinanya. Pada ayam, hiu, bahkan manusia pada dasarnya memiliki jiwa kanibal. Kompetisi antar individu juga terjadi pada hewan dalam rangka memperebutkan makanan, kedudukan dalam kelompok, dan pasangan. Pada kera, hewan terbesar dan terkuat berkedudukan sebagai raja, akan memakan makanan dan mengawini betina terbaik terlebih dahulu, baru setelah kenyang baru pergi untuk kera lain. Pada bangsa kecoa walaupun tidak didahului dengan membunuh, tetapi mau makan bangkai kecoa lain, bahkan kutikulanya sendiri yang lepas pada saat ekdisis atau berganti kulit juga akana memakannya. Interaksi intraspesies pada hewan juga terjadi untuk tujuan perlindungan. Kerbau liar dan gajah akan selalu berkelompok daslam formasi yang jantan diluar mengelilingi betina dan anaknya. Pada singa cenderung hidup berkelompok, tiap kelompok terdiri dari 4 jantan dan 6 betina beserta anak-anaknya. Kera yang besar juga akan melindungi anggota kelompoknya. Perlindungan juga terjadi antara induk terhadap anaknya seperti pada burung dan mamalia, atau antara jantan dengan betinanya seperti pada ikan Oscar atau burung merpati (perlindungan sepanjang hidup), pada kucing dan anjing (perlindungan hanya pada musin kawin). Kehidupan berkelompok mementuk masyarakat yang spesifik ditemukan pada lebah, rayap, dan semut. Pada Hewan ini ada pejantan atau raja, betina sebagai ratu, dan pekerja yang masi-masing mempunyai tugas yang berbeda-beda.
3. Interaksi pada Protista Pada Protista, interaksi dapat berupa kompetisi yang dapat terjadi apabila banyak individu pada suatu habitat, sementara ketersediaan zat hara terbatas. Interaksi saling membantu
terjadi pada ganggang berukuran besar berbentuk
rumpun sebagai hasil perkembangbiakan vegetative. Protista uniseluler sering membentuk kehidupan bersama berupa koloni. Sel-sel penyusun koloni pada prinsipnya merupakan individu, sehingga jika terpisah dari koloninya akan tetap menunjukkan aktivitas hidup. Jamur uniseluler berinteraksi membentuk koloni, sedang jamur multiselluler ada yang bergandengan akibat hasil reproduksi vegetatif,
18
sehingga membentuk jalinan hife yang disebut miselium. Interaksi kompetisi juga terjadi jika ketersediaan zat organic terbatas.
4. Interaksi pada monera Pada monera yang semuanya uniseluler ada yag hidup bersama membentuk koloni. Pada bakteri bentuk batang ada yang diplobasil, steptobasil yang berbentuk bulat, ada diplokokus, tetrakokus, streptokokus, stafilokokus dan sarkina.
19
BAB III KOMUNITAS
A.
Pendahuluan Tumbuhan dan hewan dari berbagai jenis yang hidup secara alami di suatu
tempat membentuk suatu kumpulan yang didalamnya setiap individu menemukan lingkungan yang dapat memenuhi kebutuhan hidupnya. Dalam kumpulan ini terdapat pola kehidupan bersama, toleransi kebersamaan dan hubungan timbale balik yang menguntungkan sehingga dalam kumpulan ini terbentuk suatu derajat keterpaduan. Pada bab II ini akan dikaji tentang pengertian, karakteristik, klasifikasi, analisis, keanekaragaman, interaksi dan suksesi komunitas. Namun sebelumnya lakukan kegiatan eksplorasi sebagai berikut. Eksplorasi 02 1.
Secara berkelompok, rancang kegiatan untuk memahami pengertian dan karakteristik komunitas (kekayaan, kemerataan, keanekaragaman, komposisi jenis, interaksi dan suksesi) komunitas dengan memanfaatka lingkungan sekitar kampus sebagai obyek pengamatan.
2.
Presentasikan rancangan kegiatan dalam diskusi kelas guna mendapatkan masukan dan saran dari kelompok lain atau dosen.
3.
Laksanakan kegiatan dengan menggunakan rancangan kegiatan yang telah disusun untuk mengambil data.
B.
4.
Buat laporan hasil kegiatan
5.
Presentasikan hasil kegiatan untuk memahami konsep komunitas. Pengertian Kelompok tumbuhan dan hewan yang secara bersama menyesuaikan diri dan
menghuni suatu tempat alami disebut komunitas atau komunitas biotic. Menurut Odum (1976), komunitas biotik adalah kumpulan populasi yang hidup dalam daerah atau habitat fisik tertentu. Satuan ini terorganisir sedemikian rupa sehingga mempunyai sifat-sifat tambahan terhadap komponen individu dan berfungasi sebagai suatu unit melalui transformasi metabolic yang bergandengan. Secara lebih luas, istilah komunitas biotic dapat digunakan untuk kumpulan alami 20
dari berbagai ukuran, mulai dari biota kayu hingga hutan atau lautan yang luas. Komunitas tidak hanya mempunyai kesatuanfungsional tertentu dengan struktur trofik dan pola arus energi yang khas tetapi juga mempunyai kesatuan komposional,sehingga ada peluang bahwa jenis tertentu akan ada dan hidup berdampingan. Meskipun demikian, jenis-jenis tersebut sebagian besar dapat diganti dalam waktu dan ruang sehingga secara fungsional komunitas yang serupa dapat memiliki komposisi jenis yang berbeda. Sementara Shelford menyatakan komunitas biotik sebagia suatu kumpulan denagn kesatuan komposisi taksonomik secara relatif untuk seragam, dan dengan organisasi trofik serta pola metabolik tertentu. Sutjipta (1993 ) menyatakan ada tiga gagasan yang terlibat dalam pengertian komunitas: 1. Sifat minimum komunitas
adalh hadirnya beberapa spesies dalam suatu
daerah, 2. Komunitas merupakan kumpulan kelompok spesies yang sama terjadi berulang dalam ruang dan waktu, 3. Komunitas memiliki kecenderungan menuju keartah stabilitas dinamik, dan keseimbangan ini dapat dipulihkan jika komunitas terganggu. Dengan demikian komunitas atau dalam kepustakaan Eropa disebut bioceonosis adalah kelompok populasi makhluk hidup dalam suatu daerah atau habitat. Komunitas dibedakan menjadi dua yaitu komunitas utama (komunitas mayor) dan komunitas minor (sosietas) . komunitas utama cukup besar dan organisasinya lengkap sehingga tidak tergantun g masukan dari hasil komuniatas lain didekatnya. Komunitas utyama bersama habitatnya merupakan satu kesatuan yang dapat melengakapi dan melestarikan diri kecuali energi matahari. Komunitas minor tergantung pada komunitas lain tetangganya.
C. Karakteristik Komunitas Karakteristik komunitas tidak dimiliki oleh setiap spesies sebagai komponen penyususn
komunitas.
Menurut
Sutjipto
(1993),
ada
lima
karakteristik
komunitasyang telah diukur dan dikaji, dalah sebagai berikut: 1. Keanekaragaman / diversitas spesies: spesies hewan dan tumbuhan yang hidup dalam suatu komunitas (kekayaan spesies). 21
2. Bentuk dan struktur pertumbuhan: apakah komunitas tersusun atas pohon (pohon berdaun lebar, pohon berdaun jarum), semak, perdu, rumput, lumut, dan lain-lain. Bentuk pertumbuhan dapat menentukan stratifikasi vertikal komunitas. 3. Dominansi: spesias dalam komunitas yang berpengaruh mengendalikan komunitas baik dari ukuran, jumlah, atas akvitasnya. Spesies dominan adalah spesies yan g secara ekologik sangat berhasil dan mampu menentukan kondisi yang diperlukan untuk pertumbuhan. 4. Kelimpahan relatif: proporsi spesies dibandingkan dengan total spesies dalam komunitas. 5. Struktur trofik: hubungan makan spesies dalam komunitas yang menentukan arus energi dan materi dari tumbuhan – herbivor – karnivor. Resosoedarmo dkk (1984) menyatakan, secara fungsional komunitas mempunyai derajat keterpaduan yang lebih tinggi dari pada individu atau populasi penyusunnya. Komposisi suatu komunitas ditentukan oleh seleksi tumbuhan dan hewan yang kebetulan mencapai dan mampu hidup di tempat tersebut, dan kegiatan anggota komunitas ini tergantung pada adaptasi individu terhadap faktor fisik dan biologis. Dari segi deskriptif, suatu komunitas dicirikan oleh komposisi tertentu. Seringkali perubahan komposisi jenis dari komunitas ke komunitas yang lain sangat nyata. Namun dapat pula perubahan komposisi jenis itu secara berangsur-angsur sehingga batas antara kedua komunitas
tidak jelas. Perubahan komposisi jenis
berkaitan dengan perubahan faktor lingkungan misalnya topografi tanah, kelembaban, temperatur atau iklim. Suatu komunitas fapat mengkarakteristikkan suatu unit lingkungan yang mempunyai kondisi habitat utama yang seragam yang disebut biotop. Penaman biotop dapat didasarkan pada dua hal: 1. Sifat fisik: hamparan lumpur, pantai pasir, gurun pasir, lautan. 2. Spesies yang dominan: padang alang-alang, hutan pinus, rawa bakau. Pada umunya dikawasan tropis, dalam suatu komunitas setiap jenis mempunyai kedudukan yang hampir sama, sehingga tidak ada jenis yang dominan. Karakteristik komunitas di nkawasan tropis adalah keanekaragaman jenisnya tinggi. Ahli ekologi berpendapat bahwa keanekaragaman yag tinggi menunjukkan bahwa komunitas itu lebih stabil (diversity is stability) 22
D. Klasifikasi dan Analisis Komunitas Komunitas dapat disebut dan diklasifikasi menurut 3 hal : 1. Bentuk atau sifat struktur utama (dasar structural ) seperti misalnya jenis yang dominan , bentuk- bentuk hidup atau indicator – indicator. 2. Habitat fisik dari kounitas. 3. Sifat fungsional seperti tipe metabolism komunitas. Klasifikasi komunitas bersifat hierarki , tingkat tertinggi adalah pembagian dari vegetasi dunia ke dalam kategori fisiognomi yang dapat dikenal atau bioma (formasi). Bioma tak dapat dikena dengan komposisi jenis , karena berbagai jenis biasanya dominan di berbagai belahan dunia. Cntoh suatu klasifikasi tingkat rendah dari bioma terrestrial berdasarkan suhu dan curah hujan adalah : tundra , taiga , hutan iklim sedang , hutan iklim tropic , dan hutan hujan tropic . Di dalam bioma kadang – kadang dapat dikenal
berbagai komunitas tumbuhan ( asosiasi ) yang dapat
ditentukan dengan struktur dan komposisi jenis. Suatu metode klasifikasi pelengkap komunitas adalah klasifikasi bentuk hidup (life form) , yang mengkategorikan tumbuhan menurut pola pertumbuhan dan pola perkembangbiakannya . klasifikasi bentuk hidup menurut system Raunkier digunakan untuk menggambarkan perbedaan komunitas di lingkungan lembab dalam kaitannya dengan garis lintang. Menurut system ini , bentuk hidup digambarkan dengan tanda – tanda beserta organ ( tunas , biji , organ dalam tanah ) sehingga ada komunitas fanerofit ( pohon atau perdu tinggi ). Kamefit ( perdu kerdil ) , hemikriptofit ( terna menahun , tunas di permukaan tanah ) , dan terofit ( tumbuhan semusim , dan melewatkan periode kritis sebagai biji ). Klasifikasi komunitas hewan pada prinsipnya dapat menggunakan metode yang sama seperti yang digunakan ekologiwan tumbuhan . Namun pada penelitian komunitas hewan di lapangan biasanya difokuskan
pada kelompok taksonomi
misalnya komunitas rayap , komunitas mamalia berkuku dan sebagainya , atau berdasarkan habitat bahkan Elton ( 1966) menggabungkan keduanya , misalnya komunitas kumbang pemakan daun pada kanopi atas di hutan hujan tropika. Analisis komunitas dalam daerah gografis tertentu dari bentang darat telah mengutamakan dua pendekatan yang berlawanan. 1. Pendekatan secara zona , dalam mana komunitas yang terputus – putus dikenal , diklasifikasi , dan didaftarkan dalam satu bentuk tipe – tipe komunitas. 23
2. Pendekatan analisis gradient , yang melibatkan tiga gradiasi yaitu : gradiasi lingkungan , susunan populasi sepanjang gradient lingkungan
( gradiasi
komunitas ) , dan gradiasi ekosistem ( ecoclin ) . Dengan analisis gradien , factor – factor ingkungan dijadikan dasar dalam menari hubungan antara variasi lingkungan dengan variasi populasi dan komunitas . Apabila sebaliknya maka disebut ordinasi yakni pengaturan komunitas dalam suatu deretan berdasarkan variasi komposisinya. Dengan dua pendekatan ini , dapat dibuat suatu pengenalan tipe komunitas dan kemudian kmunitas ini dikarakteristikkan degan factor lingkungan, komposisi jenis , atau dengan karakter komunitas lain.
E. Keanekaragaman Jenis dalam Komunitas Pendekatan yang digunakan untuk menganalisis keanekaragaman jenis ada dua macam yaitu : 1. Perbandingan yang didasarkan pada bentuk , pola , atau kurva banyaknya jenis, 2. Perbandingan yang didasarkan pada indeks keanekaragaman. Keanekaragaman jenis mempunyai sejumlah komponen yang dapat memebrei reaksi yang berbeda – beda terhadap factor geografi , perkembangan atau fisik. Komponen tersebut adalah sebagai berikut : 1. Kekayaan jenis atau species richness ( komponen varietas) , yakni banyaknya jenis yang menyusun suatu komunitas . 2. Kesamarataan ( equitability ) pembagian jenis yang merata diantara jenis. Berbagai metode telah digunakan untuk menggabungkan kekayaan jenis dan kepentingan relative dalam satu nilai . Metode yang paling umum digunakan adalah Indeks Shanon (H) , Indeks Simpson ( D ) dan alfa , Rumus matematik yang digunakan menurut Odum (1973 ) dapat dilihat di bawah ini. Indeks diversitas spesies : 1. Indeks untuk 3 spesies (d) d1 = S – 1 / log n
d2 = S / akar N
S = jumlah spesies , N = jumlah individu
24
d3 = S / 1000
2. Indeks Evennes (e)= H log S
H= Indeks Shanon
3. Indeks Shanon untuk diversitas umum (H) H = -∑(ni/N) –log (ni/N)
atau
H = -∑ pi log pi
Ni = nilai kepentingan (jumlah individu, biomassa, produksi, frekuensi, dominansi, dsb) untuk setiap spesies N = nilai kepentingan total Pi = peluang kepentingan untuk setiap spesies Indeks dominansi (C) = ∑ (ni/N)2 Indeks Kesamaan (S) antara dua sampel S = 2C / A+B A = jumlah spesies dalam sampel A B = jumlah spesies dalam sampel B C = jumlah spesies yang sama dalam kedua sampel Indeks Ketidaksamaan = 1-S
F. Interaksi Dalam Komunitas Terjadinya interaksi tidak terlepas dari adanya pemenuhan kebutuhan hidupnya. Setiap spesies atau populasi dalm suatu habitat dalam suatu ekosistem hanya akan dapat eksis jika terpenuhi segala kebutuhan hidupnya. Masing-masing spesies akan dikelilingi oleh spesies yang sama atau spesies yang berbeda, sehimgga terjadilah interaksinya diantaranya Interaksi yang terjadi ada yang sifatnya langsung, dan ada pula yang tidak langsung, ada yang sifatnya umum, dan ada pula yang sifatnya spesifik.
Secara teoritis antara dua populasi dalam suatu komunitas dapat berinteraksi dengan cara-cara dasar yang sesuai dengan tanda-tanda 0, +, dan – yang menghasilkan 9 kombinasi interaksi. Jenis interaksi dapat dilihat pada tabel 1 berikut:
25
Tabel 1. Analisis Interaksi Populasi Dua Jenis (Odum,1993)
4. 5. 6. 7. 8.
Spesies 1 2 Netralisme 0 0 Persaingan tipe campur tangan secara langsung Persaingan tipe pengunaan sumber daya Amensalisme 0 Parasitisme + Pemangsaaan (predasi) + Komensalisme + 0 Protokooperasi + +
9.
Mutualisme
No. 1. 2. 3.
Tipe Interaksi
+
+
Sifat Umum dari Interaksi Tidak satupun populasi yang mempengaruhi Penghambatan secara langsung dari setiap jenis oleh yang lain Penghambatan secara tidak langsung apabila sumber daya terbatas Populasi satu dihambat, 2 tidak dipengaruhi Parasit umumnya lebih kecil dari inangnya Predator lebih besar dari mangsanya Komensal untung, inang tidak terpengaruh Interaksi yang menggantungkan keduanya tetapi tidak wajib Interaksi yang menggantungkan keduanya tetapi wajib
Keterangan : 0 = tidak menunjukkan interaksi yang nyata + = hidup, pertumbuhan, dan ciri-ciri populasi lain yang menguntungkan - = pertumbuhsn populasi atau sifat lain yang dihambat Tipe 2-4 = interaksi negatif Tipe 7-9 = interaksi positif Tipe 5 dan 6 = interaksi positif dan negatif Sementara Burkholder (1952) menyampaikan kemungkinan tipe interaksi biologis antara dua organisme A dan B, seperti pada tabel 2. No.
Nama Interaksi
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8 9.
Netralisme Kompetisi Mutualisme Tanpa nama Protokooperasi Komensalisme Tanpa nama Amensalisme Parasitisme, predasi, herbivori
Dalam keadaan ON A B 0 0 + + + + + + + 0 + 0 0 atau + + -
26
Dalam keadaan OFF A B 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Keterangan ON
= Apabila organisme A dan B cukup dekat serta dalam interaksi
OFF
= Apabila organisme A dan B tidak cukup dekat serta dalam interaksi
+
= Apabila Terstimulasi
-
= Apabila Depresi
0
= Apabila Tidak Efek
Tugas: Carilah contoh-ontoh setiap jenis interaksi tersebut dalam table
G. Suksesi Komunitas Perubahan komunitas dapat terjadi dari waktu ke waktu, dan seringkali perubahan itu berupa pergantian satu komunitas oleh komunitas lain. Menurut Resosoedarmo (1984), perubahan dalam komunitas yang menuju ke satu arah secara teratur disebut suksesi. Suksesi terjadi sebagai akibat dari modifikasi lingkungan fisik dalam komunitas atau ekosistem. Proses suksesi berakhir dengan sebuah komunitas atau ekosistem disebut klimaks. Dalam tingkat klimaks ini komunitas telah mencapai homeostatis artinya komunitas sudah dapat mempertahankan kestabilan
internalnya
sebagai
tanggapan
terkoordinasi
dari
komponen-
komponennya terhadap kondisi atau rangsangan yang mengganggu komunitas. Konsep suksei diatas, merupakan konsep lama yang umumnya masih diikuti dan diterima. Menurut konsep mutakhir, suksesi tidak lebih dari pergantian jenis yang opurtunis (jenis-jenis pioner) oleh jenis-jenis yang lebih mantap dan dapat menyeesuaikan diri secara lebih baik dengan lingkungannya. 1. Macam-macam suksesi Berdasarkan kondisi awalnya, suksesi dibedakan menjadi dua yaitu suksesi primer dan suksesi sekunder. a. Suksesi primer terjadi apabila komunitas asala terganggu, yang mengakibatkan hilangnya komunitas asal secara total, sehingga ditempat komunitas asal tersebut terbentuk habitat atau substrat baru. Pada habitat baru ini tidak ada lagi organisme dari komunitas asal. Penyebab suksesi ini dalah bencana alam atau dibuat manusia. Perubahan-perubahan yang terjadi selama proses suksesi dapat diringkas sebagai berikut:
27
1). Perkembangan sifat-sifat substrat yang progresif, misalnya tambahan kandungan bahan organik sejalan dengan perkembangan komunitas yang semakin kompleks dengan komposisi jenis yang lebih beranekagam. 2). Pertambahan kepadatan, ukuran tumbuhan dan semakin kompleksnya struktur komunitas sehingga didalamnya terbentuk stratifikasi. 3). Peningkatan produktivitas sejalan dengan perkembangan komunitas dan perkembangan tanah. 4). Peningkatan keanekaragaman jenis. 5). Peningkatan pemanfaatan sumber daya lingkungan sesuai dengan peningkatan jumlah jenis. 6). Perubahan iklim mikro sesuai dengan perubahan komposisi jenis, bentuk hidup, dan struktur komunitas. 7). Komunitas berkembang menjadi lebih kompleks.
Clement (1916) dalam Harjosoewarno (1990) membedakan 6 tahapan proses suksesi. 1). Nudasi
: terbukanya substrt baru yang masih gundul.
2). Migrasi
: datangnya biji atau alat perkembangbiakan ketempat tersebut.
3). Exesis
: peristiwa perkecambahan, pemantapan, tumbuh, berkembang, bereproduksi.
4). Kompetisi antar spesies yang menghasilkan pergantian spesies. 5). Reaksi, yang melibatkan perubahan habitat karena hadirnya spesies. 6). Stabilisasi, suatu bentuk klimaks.
Kecepatan proses suksesi dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain: 1). Luas komunitas asal yang rusak, 2). Sifat dan jenis tumbuhan yang terdapat disekitar komunitas yang terganggu, 3). Kehadiran pemencar biji dan benih, 4). Iklim terutama arah dan kecepatan angin, serta curah hujan, 5). Macam substrat baru yang terbentuk.
b. Suksesi sekunder, terjadi apabila komunitas atau ekosistem alami terganggu tetapi tidak merusak total habitat sehingga substrat lama dan kehidupan masih ada. 28
Berdasarkan kekutan pengeraknya, suksesi juga dapat dibedakan menjadi dua. a. Suksesi autogenik (suksesi biotik) : suksesi yang terjadi akibat pengaruh tumbuhan sendiri seperti membentuk naugan, menambah serasah, meredam dan melunakkan suhu, menambah kelembapan dsb b. Suksesi alogenik, susesi yang disebabkan oleh perubahan besar lingkungan tanpa kendali organisme dalam komunitas.
Berdasarkan macam jenis yang terbentuk, susesi dibedakan menjadi: a. Suksesi progesif, yakni peruahan semakin kayanya macam jenis yang berhubungan dengan meningkatnya kompleksitas truktural. b. Suksesi regresif atau retrogresif, yakni suksesi yang menyebabkan makin berkurangnya jumlah jenis. H. Tipe-tipe Komunitas Macam komunitas utama yang terdapat pada sebuah benua yang dikenal berdasarkan fisiogami (kenapakan) disebut bioma atau formasi biota. Formasi dipakai apabila yang diperbicangkan hanya komunitas tumbuhan saja, sedangkan bioma dipakai jika selain komunitas tumbuhan juga diikutkan komponen hewannya. Sebuah bioma adalah sekelompok ekosistem pada sebuah benua yang mempunyai sruktur dan fisiognomi vegetasi yang sama sifat-sifat lingkungannya, dan mempunyai karakteristik hewan yang sama pula. Tipe bioma yang ada dibumi bermacam-macam yaitu: hutan hujan tropis, hutan musim tropis, hutan hujan iklim sedang, hutan pengunungan tropis, hutan iklim sedang yang selalu hijau, hutan gugur iklim sedang, taiga, hutan lumut, hutan duri dan hutan kecil, semak duri, hutan kerdil iklim sedang, komunitas perdu iklim sedang, savana, padang rumput iklam sedang yang mencakup praire, plain, dan padang
rumput
gurun,
komunitas
pengunungan
tinggi
dan
kutub
utara
(paramo,tundra), gurun dan komunita rawa. Tugas :carilah karakteristik dri setiap tipe bioma dibaca pada berbagai sumber dan lengkapi dengan gambar !
29
BAB IV EKOSISTEM A.
Pendahuluan Organisme hidup dan lingkungan dan hidupnya (abioti) berhubungan erat, tak
terpisah dan saling pengaruh mempengaruhi satu sama lain. Satuan yang mencakup semua organisme (komunisme) didalam suatu daerah yang saling mempengaruhi dengan lingkungan fisik sehingga arus energi mengarah ke struktur makanan, kekeragaman biotik, dan daur makanan didalam sitem tersebut sistem ekologi atau ekosistem. Untuk memahami konsep ekosistem, lakukan eksplorasi berikut. Eskplorasi 03 1. Rancang kegiatan untuk mengamati keanekaragaman ekosistem (lapangan rumput, hutan,sungai, rawa, payau, laut dll) dilihat karakteristik dan komponen-komponen penyusunnya, baik komponen biotik maupun abiotik. 2. Presentasikan racangan kegiatan dalam diskusi kelas guna mendapatkan masukan dan saran dari kelompok lain? Dosen. 3. Laksanakan kegiatan dengan mengunakan rancangan kegiatan yang telah disusun untuk mengambil data. 4. Buatan laporan hasil kegiatan. 5. Presentasikan hasil kegiatan untuk memahami konsep komunitas.
Pada bab IV ini akan dibahas mengenai pengertian, komponen, aliran energi dan daur materi, rantai dan jaring-jaring makanan, struktur trofik dan piramida ekologi, serta produktivitas ekositem.
B.
Pengertian Istilah ekosistem pertama kali diusulkan oleh ahli ekologi inggris A.G.
Transley tahun 1935. Karl Mobios tahun 1877 dalam bahasa jerman menulis komunitas organisme dalam karang oyster sebagai suatu biocoenosis. Ahli ekologi perintis
bangsa
rusia
V.V.
Dockuchaev
dan
muridnya
G.F.
Morozof
mengembangkan istilah beogeogenesis atau geobiocoeneosis sebagai istilah dari ekosistem. Beberapa istilah lain yang telah digunakan untuk menyatakan pandangan holistik adalah holocoen (Friederrichs,1930), biositem (Thienemann,1939) dan bioenet (Vernadsky,1944).
30
Ekosistem merupakan system terbuka, yaitu suatu sistem yang mempunyai satu atau lebih masukan (in put) dan keluaran (out put). Masukan dan keluaran itu dapat berupa energi, materi, atau makhluk hidup. Ekosistem merupakan satuan fungsional dasar dalam ekologi. Energi adalh penyebut yang penting dalam semua ekosistem, sehingga energi merupakan dasar utama dalam klasifikasi ekosistem. Sumber dan kuantitas energi yang dapat digunakan dalam ekosistem menentukan jenis dan jumlah makhluk hidup, pola prose fungsional dan proses perkembangan. Ekosistem di alam mendapatkan energi dari dua sumber yaitu matahari dan bahan bakar kimiawi. Jika ekosistem secara keseluruhan atau sebagian besar tergantung secara langsung pada sinar matahari disebut ekosistem yang memperoleh energy dari matahari tanpa subsidi. Contoh: samudra, hutan belantara, padang rumput, danau. Ekosistem ini biasanya produktivitasnya rendah. Ekosistem dengan subsidi energi, memperoleh dari alam (estuaria) dan manusia (agrikultur, akuakultur).
C. Komponen Ekosistem Darisegi makanan, ekosistem mempunyai dua komponen yaitu komponen autotrofik dan komponen heterotrofik. Komponen autotrofik (autos = sendiri, trophikos = menyediakan makanan), yaitu organisme yang mampu menyediakan atau mensintesis makanan sendiri yang berupa bahan organic dari bahan anorganik dengan bantuan energi matahari dan khlorofil (fotoautotrofik) atau energi yang diperoleh dari hasil penguraian bahan kimia (khemoautotrofik). Yang termasuk komponen ini adalah semua tumbuhan berkhlorofil dan jamur tertentu. Komponen heterotrofik (hetero = berbeda), yaitu organisme yang mampu memanfaatkan bahan organik sebagai bahan makanannyadan bahan tersebut disintesis dan disediakan oleh organisme lain ( organisme autotrofik ). Semua hewan, jamur, dan mikroorganisme termasuk dalam komponen ini. Untuk keperluan deskriptif, ekosistem mempunyai 6 komponen yaitu: (1.) Senyawa anorganik (C, N, CO2, H2O, O2, N2, H2) yang terlibat dalam daur makanan; (2.) Senyawa organik (karbohidrat, lemak, protein, senyawa humik) yang menghubungkan biotik dan abiotik; (3.) Resim iklim (suhu, kelembaban, dan faktor iklim lainnya); (4.) Produsen (organisme autotrofik); 31
(5.) Makrokonsumen atau fagotrof : organisme heterotrofik terutama hewan yang mencerna organisme lain atau butiran bahan organik; (6.) Mikrokonsumen/ Saprotrof/ Osmotrof/ Dekomposer/ Pengurai: organisme heterotrofik terutama bakteri dan jamur yang merombak senyawa kompeks dari makhluk hidup yang telah mati, menghisap sebagian hasil perombakan, dan melepaskan bahan anorganik untuk produsen. Dari segi fungsional, ekosistem dapat dianalisis dari 6 segi yaitu: (1.) arus energi; (2.) rantai makanan; (3.) pola-pola keanekaragaman dalam waktu dan ruang; (4.) daur makanan/ siklus biogeokimia; (5.) perkembangan dan evolusi; (6.)pengendalian (cybernetics) Pada prinsipnya semua ekosistem pada tingkat organisasi yang berbeda mempunyai komponen, interaksi,
maupun proses operasional
yang sama.
Perbedaannya tergantung pada kompleksitasnya dalam hal: 1. Keanekaragaman organisme produsen, komsumen, dan pengurai; 2. Banyaknya mecam komponen abiotik; 3. Kompleksnya interaksi antar komponen; 4. Berbagai proses yang berjalan dalam ekosistem. D. Proses-proses dalam Produsen, Konsumen, dan Pengurai 1. Proses produksi dalam produsen Proses produksi makanan baik berupa karbohidrat, lemak, protein, maupun senyawa lain yang kompleks oleh produsen (tumbuahn hijau) melalui fotosintesis, merupakan proses yang rumit. Meskipun demikian, proses yang menghasilkan karbohidrat dari bahan anorganik ini dapat disederhanakan sebagai berikut: Karbondioksida + air
gula (karbohidrat) + oksigen Energi matahari dan khlorofil
6 CO2 + 6 H2O
C6H12O6 + 6O2
Dalam proses ini, sebagian energi matahari disimpan dalam bentuk energy potensial yang berupa makanan. Bersamaan dengan proses ini, diperkirakan terjadi pula proses sintesis asam amino, protein, dan bahan lain yang penting. Dalam tubuh semua organisme, terjadi proses respirasi yang secara kasar merupakan kebalikan dari prosess fotosintesis. Pada proses ini terjadi oksidasi atau
32
pembakaran bahan makanan khususnya karbohidrat yang menghasilkan energi untuk tumbuh, pergerakan, reproduksi dan lainnya. Secara sederhana, proses respirasi dapat ditulis sebagai berikut Bahan makanan (karbohidrat dll)+ O2 → energi + H2O + CO2 Selain dengan proses fotosintesis, sekelompok bakteri seperti bakteri belerang Beggiatoa dan bakteri nitrogen dapat melakukan sintesis bahan organik sederhana melalui proses oksidasi kimia ( kemosintesis ) yang tidak menggunakan energi mataharidan klorofil. Pada bakteri nitrogen, bakteri diperoleh dari oksidasi amonia menjadi nitrogen, sementara bagi bakteri belerang, energi diperoleh dari oksidasi sulfit menjadi sulfat. Di alam terdapat pula bakteri yang mampu berfotosintesis, tetapi hidup dalam lingkungan tanpa oksigen yang disebut bakteri anaerob. Sebagaihasil akhir, bakteri ini tidak menghasilkan oksigen. Namun dalam lingkungan gelap bakteri ini mampu pula berfungsi sebagai organisme heterotrof., sehingga bakteri anaerob merupakan bentuk antara produsen dan konsumen, juga bentuk antara produsen dan konsumen.
2. Proses dalam konsumen Organisme konsumen (berbagai jenis hewan) tidak mampu menghasilkan makanan dan energi untuk kebutuhan hidupnya sendiri, karena itu memerlukan makanan dari produsen. Dengan demikian proses yang terjadi pada konsumen adalah proses respirasi dan oksidasi saja. Berdasarkan cara memperoleh kebutuhan makan sebagai sumber energinya, ada beberapa macam konsumen. Konsumen yang kebutuhan hidupnya diperoleh langsung dari produsen (tumbuhan) disebut konsumen primer atau disebut juga hewan pemakan tumbuhan (herbivor). Jika kebutuhan makanannya diperoleh dari konsumen primer disebut konsumen sekunder atau hewan pemakan daging (karnivor). Dalam beberapa ekosistem dimungkinkan ada konsumen tersier jika makanannya berasal dari konsumen sekunder. Selain itu ada konsumen yang kebutuhan makanannya diambil dari produsen atau konsumen lain yang disebut pemakan segala atau omnivor.
3. Proses Dekomposisi oleh Pengurai Organisme pengurai (dekomposer) terdiri dari atas bakteri saprofit dan jamur saprofit. Fungsi pengurai adalah merombak senyswa kompleks (senysws organik) 33
pada tubuh produsen dan konsumen yang telah mati menjadi senyawa sederhana (senyawa anorganik), dalam proses dekomposisi, yang sangat diperlukan olehtumbuhan. Untuk dapat melaksanakan fungsinya, dekomposer mengeluarkan berbagai enzim untuk proses kimia yang spesifik. Berbagai enzim ini dimasukkan ke dalam organisme mati, dan sebagian hasilnya diserap untuk mencukupi kebutuhan sendiri , sebagian lagi tertinngal di tanah. Sebenarnya tidak satu jenis dekomposer yang mampu melaksanakan dekomposisi secara total, sehingga memerlukan kerja sama antara dekomposer dalam menyelesaikan secara tuntas. Proses dekomposisi terjadi dalam 3 tahap. 1. Pembentukan butiran-butiran kecil (detritus) oleh aksi fisik dan biologis (proses detrivikasi). 2. Pembentukan humus yang relatif lebih cepat serta pelepasan bahan organik yang laru oleh organisme saprotrof (proses humifikasi). 3. Proses mineralisasi humus yang lebih lambat. Antara berbagai dekomposer, tampaknya terjadi pembagian tugas dalam proses dekomposisi. Bakteri berfungsi lebih banyak dalam dekomposisi bahan hewan sedangkan jamur lebih banyak berperan dalamdalam dekomposisi bahannabati. Winogradsky (1925) dalam Odum 1976 menyatakan bahwa organisme yang membusukkan bahan organik segar (bahan nabati) disebut zimogenous, secara ekologis terpisah dari organisme yang membusukkan humus disebut autochthonous. Dalam proses dekomposisi dihasilkan beberapa zat kimia yang mempunyai dampak positif sebagai zat perangsangtumbuhan (misal vitamin), dan yang mempunyai dampak negatif menghambat pertumbuhan (misal antibiotik), zat kimia ini disebut hormon lingkungan (ectocrine atau exocrine). Dari uraian diatas dapat disimpulkan bahwa dekomposer mempunyai tiga fungsi dalam ekosistem yaitu : 1. Mineralisasi bahan-bahan organik yang telah mati 2. Menghasilkan makanan untuk organisme lain 3. Menghasilkan hormon lingkungan
34
E. Energi dalam Ekosistem Energi dapat diartikan sebagai kemampuan untuk melakukan pekerjaan. Perilaku energi di alam bebas mengikuti hukum termodinamika. Hukum termodinamika I : energi tak dapat diciptakan dan dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Hukum termodinamika II : setiap terjadi perubahan bentuk energi, pasti terjadi degradasi energi dari bentuk yang terpusat menjadi bentuk yang terpencar. Hal ini dapat berarti pula bahwa tidak ada transformasi energi secara spontan dari satu bentuk energi (cahaya) menjadi bentuk energi potensial (bahan organik dalam tubuh) yang berlangsung 100% efisien. Dalam setiap transformasi energi, sebagian besar energi potensial (80-90%) terpencar (hilang) dalamk bentuk panas (Lihat gambar 5).
Gambar 5. Diagram arus energi disederhanakan untuk tiga tingkt trofik (tanda kotak). I = seluruh masukan energi; LA = cahaya yang diserap tumbuhan; PG = produktivitas primer kotor; A = assimilasi; PN = produktivitas pada konsumen; NU = energi yang tidak dipakai (disimpan atau diekspor); R= respirasi. Masukan sinar matahari 3000 Kkal per m2 per hari (Sumber: Odum,1963)
35
F. Rantai pangan, jaring-jaring pangan dan tingkat trofik Untuk memahami rantai dan jaring-jaring makanan,lakukan ekspolrasi 04 berikut ini. Eksplorasi 04 1. Lihat tayangan CD predator 2. Susun semua rantai makanan yang terjadi dalam tayangan tersebut 3. Dari
berbagai
rantai
makanan
tersebut,
susun
jaring-jaring
makanannya. 4. Susun tingkat trofik yang ada dalam piramida ekologi.
Proses transferenergi dari tumbuhan melalui sederetan organisme yang makan dan yang dimakan disebut rantai pangan. Ada tiga macam pangan : a. Rantai pemangsa, dimulai dari tumbuhan sebagai produsen-hewan kecil sebagai mata rantai pertama kepada hewan yang lebih besar, dan berakhir pada hewan terbesar. b. Rantai parasit, dimulai dari organisme besar yang lebihy besar ke organisme kecil yang hidup sebagai parasit. c. Rantai saprofit,berjalan dari organisme mati ke dekomposer.
Oleh adannya sifat energi yang dalam setiap transfernya tidak efisien, maka jumlah mata rantai biasanya empat atau lima. Makin pendek rantai pangan (atau makin dekat organisme pada permulaan rantai), makin besar energi yang tersedia. Odum (1976) membagi rantai pangan menjadi dua tipe dasar. a. Rantai pangan perumputan, yang dimulai dari dasar tumbuhan hijau ke herbivor yang merumput ke karnivor. b. Rantai pangan sisa, yang dimulai dari bahan organik mati ke mikroorganisme dan kemudian ke organisme yang makan sisa detrivor dan pemangsanya. Dalam komunitas alam yang kompleks, organisme yang makanannya diperoleh dari tumbuhan dalam jumlah langkah yang sama dikatakan masuk dalam tingkat trofik yang sama. Jadi berdasarkan konsep ini, tumbuhan hijau menduduki tingkat trofik pertama, konsumen primer termasuk tingkat trofik kedua, konsumen sekunder menduduki tingkat trofik ketiga, dan seterusnya.
36
Suatu populasi tertentu dapat menduduki lebih dari satu tingkat trofik, tergantung pada sumber energi yang diperolehnya. Arus energi yang mengalir melalui sebuah tingkat trofik, besarnya sama dengan asimilasi total pada tingkat itu. Jika arus energi itu mengalir ke tingkat trofik berikutnya, maka besarnya sama dengan produksi biomassa ditambah respirasi.
G. Struktur Trofik dan Piramida Ekologi Ukuran individu menentukan besarnya metabolisme suatu organisme. Semakin kecil organisme, semakin besar metabolismenya per gram biomassa, yang berarti semakin kecil pula biomassa yang dapat ditunjang pada tingkat trofik dalam ekosistem. Jadi banyaknya bakteri pada suatu tempat akan jauh lebih kecil daripada banyaknya ikan atau mamalia, meskipun pemanfaatan energi besarnya sama untuk kedua kelompok organisme tersebut. Fenomena interaksi antara rantai makanan dan hubungan metabolisme dengan ukuran tubuh, menyebabkan berbagai komunitas mempunyai struktur trofik tertentu. Struktur trofik dapat diukur dan dipertelakan baik dengan biomassa per satuan luas, maupun dengan banyaknya energi yang ditambat per satuan luas per satuan waktu pada tingkat trofik yang berurutan. Struktur trofik dan fungsi trofik dapat digambarkan dengan piramida ekologi.
Piramida ekologi dapat berbentuk tiga macam. a. Piramida jumlah, yang melukiskan jumlah individu yang ada pada setiap tingkat trofik per satuan luas. b. Piramida biomassa, yang didasarkan pada seluruh berat kering, nilai kalori atau ukuran lain dari seluruh jumlah bahan hidup setiap tingkat trofik per satuan luas. c. Piramida energi, yang memperlihatkan laju arus energi dan atau produktivitas pada tingkat trofik tertentu per satuan luas per satuan waktu.
Piramida jumlah dan biomassa dapat terbalik, sedangkan piramida energi selalu tegak. Piramida jumlah mempunyai keterbatasan yaitu tidak dapat memberikan informasi tentang ukuran atau kandungan energi untuk tiap-tiap tingkat trofik. Piramida jumlah dapat terbalik apabila dimulai dari sebuah pohon sebagai produsen, di pohon tersebut mempunyai seribu belalang sebagai herbivor yang di dalamnya 37
mengandung
10.000
endoparasit.
Dalam
hal
ini
kurang
tepat
apabila
membandingkan sebuah pohon dengan seekor belalang atau satu parasit. Untuk mengatasi kelemahan piramida jumlah, dikembangkan piramida biomassa, meskipun masih juga ada kelemahannya yaitu beberapa organisme mungkin mempunyai massa yang sumbangannya sebagai zat makanan kecil, misalnya dalam kayu yang sebetulnya massanya besar tetapi tidak dapat digunakan konsumen. Oleh karena itulah piramida energi dianggap terbaik, karena dapat memberi gambaran menyeluruh tentang sifat fungsional komunitas biotik pada ekosistem. Gambar 6. Berikut menunjukkan macam-macam piramida ekologi dari berbagai ekosistem. A.
PIRAMID DARI JUMLAH. Individu (di luar mikroorganisme dan binatang tanah) per 0,1 ha. C3 - 1
C3 - 1 C2 – 130.000
C2 – 90.000 C1 – 300.000
C1 – 150.000
P – 1.300.000
P - 300
Padang Rumput (musim panas)
B.
Hutan daerah beriklim sedang (musim panas)
PIRAMID DARI BIOMASSA. Berat kering per meter persegi. C2 – 0,01
C2 - 4 C1 - 11
C1 - 81 P-4
Seluruh Inggris
C.
C1 - 1
C2 - 1
C2 – 11 C1 – 138
C1 - 4
D - 10
P – 106
P – 300
P – 703
P – 40.000
Danau Wisconsl n
Padang Tua Ocorgia
Batu karang Balwetok
Hutan Tropik Panama
PERBANDINGAN TEGAKAN YANG ADA DAN PIRAMIDA ARUS-ENERGI DARI SILVER SPRING. C3 – 1,3 S-3
C3 - 11
C2 – 11
C2 – 363
C1 – 37
S – 3060
P – 809
P – 90,810
Tegakan yang ada
D.
C1 – 3364
Arus energi Kkal/m2/tahun
PERUBAHAN MUSIMAN DALAM PIRAMID BIOMASSA DAN JALUR AIR (HANYA PLANKTON BERSIH) DARI SEBUAH DANAU DI ITALIA, Berat kering per meter kubik. C2 - 3
C2 – 6
C1 - 10
C1 – 18 P – 100
P-1
Musim Dingin
Musim Semi
38
E.
SUBPIRAMID DARI JUMLAH, BIOMASSA DAN ENERGI ARTHROPODA TANAH DALAM PADANG TUA DI MICHIGAN C2 – 20
C2 – 17.000
2
Miligram/m
UNTUK
C2 - 625 C1 – 1100
C1 – 60
C1 – 142.000
Individual/m
RESPIRASI
2
gkal/m2/tahun
Gambar 6. Piramida jumlah, biomassa, dan energi dalam berbagai ekosistem (Odum,1976)
1. Daur materi dalam ekoistem Di alam telah diketahui sekitar 100 unsur kimia, tetapi hanya30-40 unsur saja yang sangat diperlukan oleh makhluk hidup. Beberapa unsur seperti karbon, nitrogen, hydrogen, dan oksigen diperlukan dalam jumlah banyak, sedangkan unsur yang lain hanya diperlukan dalam jumlah kecil. Semua unsur kimia, termasuk unsur dalam protoplasma cenderung beredar di biosfer dari lingkungan ke organisme dan kembali ke lingkungan mengikuti jalanjalan yang khas, dikenal dengan siklus materi dan daur biogeokimia. Daur unsur dan senyawa anorganik yang diperlukan dalam kehidupan disebut daur pangan. Untuk memahami daur materi dalam ekosistem, lakukan eksplorasi berikut. Eksplorasi 05
1. Cari gambar macam-macam daur materi dari berbagai sumber 2. Setiap kelompok, buat 1 daur materi dengan program power point komputer 3. Tayang dan jelaskan hasilnya dalam diskusi kelas 4. Termasuk pool dan jenis yang mana daur materi yang Sdr. buat Untuk tiap daur dapat dengan mudah ditentukan dua kompartemen atau pool yaitu: a. Pool cadangan, umumnya komponen non biologi, besar, bergerak lamban, b. Pool pertukaran atau pool peredaran, merupakan bagian yang lebih kecil tetapi lebih aktif yakni selalu beredar secara cepat antara organisme dan lingkungannya. Dari segi biossfer sebagai keseluruhan, daur biogeokimia dapat digolongkan dalam dua tipe yaitu: a.
Tipe gas, sumber utamanya berada di atmosfer atau hidrosfer ( daur C, O2, dan N2 dan air),
39
b.
Tipe sedimen, sumber utamanya terdapat pada batuan dan tanah dalam kulit bumi, materi bergerak dari darat ke laut dan kembali ke darat ( daur P, S, Ca, K, Mg, Fe, dan sebagainya. Beberapa daur seperti daur karbon, nitrogen, atau oksigen menyesuaikan
dengan agak cepat terhadap adanya gangguan di atmosfer. Peningkatan secara lokal produksi CO2 oleh oksidasi atau pembakaran misalnya, cenderung untuk segera disebarkan oleh gerakan udara dan peningkatan penggunaan oleh tumbuhan serta pembentukan karbonat di laut. Daur tipe gas dianggap relatif sempurna dalam arti global karena adanya pengendalian umpan balik negatif di alam. Daur sedimen seperti fosfor atau besi, cenderung kurang sempurna dan lebih mudah diganggu secara lokal karena bahannya dalam waduk yang relative tidak aktif bergerak dalam kulit bumi. Sebagai akibatnya, beberapa bagian bahan dapat hilang dalam waktu yang lama apabila gerakan menurunnya lebih cepat daipada gerakan naiknya. Manusia ternyata tidak hanya membutuhkan 40 unsur kimia saja, tetapi juga unsur lainnya. Manusia dapat mempercepat gerakan bahan kimia, sehingga daurnya menjadi tidak sempurna atau prosesnya menjadi asiklik. Akibatnya unsur kimia di satu tempat sangat banyak atau berlimpah, sedang di tempat lain terlalu sedikit. Sebagai contoh penambangan fosfat secara terus menerus hingga menyebabkan pencemaran yang hebat di sekitar pabrik pupuk fosfat.
G. Produktivitas Ekosistem Setiap ekosistem atau komunitas memiliki produktivitas dasar atau produktivitas primer, yakni kecepatan penyimpanan energi potensial organisme produsen melalui proses fotosintesis dan kemosintesis dalam bentuk bahan organik yang dapat digunakan sebagai bahan pangan. Ada dua macam produktivitas primer, yaitu: 1. Produktivitas primer kotor (fotosintesis total atau assimilasi total), yaitu kecepatan total fotosintesis termasuk bahan organik yang digunakan untuk respirasi 2. Produktivitas primer bersih ( fotosintesis nyata atau assimilasi bersih), yaitu kecepatan penyimpanan bahan organic dalam jaringan tumbuhan sebagai kelebihan bahan yang digunakan untuk respirasi selama pengukuran.
40
Kecepatan penyimpanan energi potensial pada tingkat trofik konsumen dan pengurai disebut produktivitas sekunder. Dalam konsep produktivitas, faktor satuan waktu sangat penting karena sistem kehidupan adalah proses yang berjalan berkesinambungan. Berbagai macam ekosistem mempunyai produktivitas yang berbeda, bergantung pada faktor lingkungan seperti iklim, topografi, sifat tanah, letak geografi,sifat tanah, air, ketinggian atau elevasi. Dalam ekosistem buatan misalnya sawah, kebun, hutan, dan kolam, pemasukan bahan dari luar seperti pupuk dan air ikut menentukan produktivitasnya.
Average net primary produktivity (kcal/m 3/yr)
Contoh produktivitas berbagai ekosistem dapat dilihat pada Gambar 8. 10,000 9,000 8,000 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000
Series1
1,000 0
Type of ecosystem
Gambar 8. Estimasi rata-rata produktivitas primer bersih pada berbagai tipe eksistem (sumber:miller,1984)
Metode pengukuran produktivitas yang ideal adalah mengukur arus energi melalui sistem, tetapi hal ini terlalu sukar. Kebanyakan pengukuran yang dilakukan pada beberapa kuantitas tidak langsung seperti : a. Banyaknya bahan mentah yang digunakan
41
b. Jumlah senyawa yang dihasilkan c. Jumlah hasil sampingan yang dilepaskan Berdasarkan metode pengukuran tersebut, ada beberapa metode pengukuran produktivitas yaitu : (1) Metode panen, (2) metode pengukuran oksigen, (3) metode pengukuran karbon, (4) metode pH, (5) hilangnya bahan mentah, (6) penggunaan bahan radioaktif. Untuk mengukur produktivitas suatu ekosistem, lakukan eksplorasi 06 berikut.
Eksplorasi 06 1. Secara berkelompok, rancang kegiatan untuk melakukan pengukuran produktivitas dengan salah satu cara di atas. 2. Presentasikan
rancangan
kegiatan
dalam
diskusi
kelas
guna
mendapatkan masukan dan saran dari kelompok lain/dosen. 3. Laksanakan kegiatan dengan menggunakan rancangan kegiatan yang telah disusun untuk mengambil data 4. Buat laporan hasil kegiatan 5. Presentasikan hasil kegiatan untuk memahami konsep populasi
G. Homeostasis Ekosistem Ekosistem mampu memelihara dan mengatur diri sendiri, seperti juga yang dilakukan oleh komponen populasi dan organismenya. Jadi Cybernetiks (fr. Kybernetes = pandu atau pengatur), ilmu pengadilan, mempunyai penerapan yang penting di dalam ekologi terutama karena manusia cenderung untuk mengacaukan pengendalian alam atau menggantikan mekanisme buatan terhadap mekanisme alam. Homeostasis (homeo = sama, stasis = sendiri), adalah kecenderungan sistem biologi untuk bertahan terhadap berbagai perubahan dalam sistem secara keseluruhan dan tetap berada dalam keadaan seimbang. Istilah lain dari homeostasis adalah steady state. Dalam kondisi ini, seluruh komponen dari ekosistem berada dalam keadaan harmonis antara satu dengan lainnya. Contoh sistem alam yang seimbang adalah sebagai berikut. Dalam suatu habitat, jumlah hewan sangat terkait dan harus seimbang dengan jumlah pakan yang tersedia. Apabila karena suatu sebab jumlah pakan menurun, 42
maka jumlah hewan harus menyesuaikan diri dengan keadaan pakan dengan penurunan jumlah melalui peningkatan kematian sampai pada proporsi yang seimbang dengan jumlah pakan, maka terjadilah keseimbangan baru. Keseimbangan dinamis tercapai akibat adanya proses pengaturan terhadap setiap perubahan dari energi atau materi yang masuk dan beredar. Keseimbangan ini diatur oleh berbagai faktor yang sangat rumit. Dalam mekanisme keseimbangan ini, termasuk didalamnya mekanisme yang mengatur penyimpanan bahan, pelepasan hara makanan, petumbuhan dan produksi organisme, serta dekomposisi bahan organik. Pengendalian tergantung pada feed-back (umpan balik ), yang selalu terjadi pada setiap sistem, sebagai mekanismenya dalam mencapai keseimbangan atau kehancuran. Apabila terjadi perubahan pada salah satu komponen sistem, maka akan menyebabkan terjadinya perubahan pada komponen lain dan sebagian hasilnya mengumpan kembali (membalik) memengaruhi komponen yang pertama berubah. Umpan balik positif terjadi apabila perubahan salah satu komponen sistem akan menyebabkan perubahan komponen lainnya atau mempercepat penyimpangan (deviation accelerating) semakin meningkat sehingga menjauhi keseimbangan, bahkan mungkin menghasilkan kehancuran sistem keseimbangan. Umpan balik positif sangat jarang terjadi. Contoh umpan balik positif misalnya ekosistem danau yang mengalami pencemaran. Zat pencemar dapat mematikan ikan sehingga terjadi penurunan populasi ikan. Pembusukan dari ikan yang mati ini meningkatkan derajat pencemaran dan akan memberikan kemungkinan untuk kematian ikan dan organisme lainnya. Dengan demikian percepatan kematian ikan meningkat. Umpan balik negatif sangat umum terjadi dan merupakan mekanisme dasar dalam usaha untuk pencapaian dan pengelolaan keseimbangan ekosistem. Umpan balik negatif ini mengakibatkan peniadaan penyimpangan atau menurunkan percepatan perubahan, dan memprakarsai untuk terjadinya keseimbangan. Contoh yang baik umpan balik negatif ini terjadi pada ekosistem padang rumput. Akibat terjadinya migrasi dari hewan perumput, maka populasi hewan perumput
bertambah.
Apabila jumlahnya
meningkat
secara
drastis,
akan
mengakibatkan luapan perumputan, dan kemungkinan besar mengakibatkan terjadinya erosi akibat penginjakan. Tererosinya lahan ini berarti ada perubahan pada komponen rumput, rumput tidak dapat hidup dengan baik sehingga populasi rumput 43
menurun. Penurunan populasi rumput berarti menurunnya sejumlah sumber pakan hewan perumput yang berarti merupakan faktor pembatas bagi peningkatan populasi hewan perumput. Sebagai akibatnya akan terjadi penurunan populasi hewan perumput.
Eksplorasi 07 1. Secara individual, buat makalah tentang salah satu contoh ekosistem. 2. Isi makalah: karakteristik, komponen penyusun, kondisi saat ini,
masalah yang ada, serta upaya untuk mengatasi masalah tersebut.
DAFTAR PUSTAKA
Barbour, M.G.,J.K. Burk, and W.D. Pitt, 1986. Terrestrial Plant Ecology. Second Edition. California: The Benjamin/Comming Publishing Company ,Inc. Menlo Park. Deshmukh, I., 1986. Ecology and Tropical biology. Terjemahan Kartaminata, K. and Danimiharja. Jakarta: Yayasan Obor Indonesia. Hadisubroto, T. Ekologi Dasar, 1989. Jakarta: Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi. Kramadibata, H.I., 1996. Ekologi Hewan. Bandung: ITB Miller, G.T., 1984. Environmental Science. Third Edition. Odum, E.P., 1971. Fundamentals of Ecology. (Terjemahan Samingan T dan B. prigandono). Yogyakarta: Gadjah Mada University Press. Resosoedarmo, R.S., Kartawinata, K., Soegiarto, A. 1984. Pengantar Ekologi. Bandung: CV Remadja Karya. Sutjipta, 1993. Dasar-dasar Ekologi Hewan. Jakarta: Dirjendikti. Syafei E.S., 1996. Pengantar Ekologi Tumbuhan. Bandung: Institut Teknologi Bandung. Winotosasmita, dkk. Biologi Umum. Jakarta: Dirjendikdasmen.
44
