2 Ekologi Hutan-Ekosistem

Pengantar
• A.G. Tansley, seorang ekolog Inggeris
pada tahun 1935
• Ekosistem?
– suatu sistem di alam yang mengandung
komponen hayati (organisme atau biotik)
dan komponen non-hayati (abiotik), dimana
antara kedua komponen tersebut terjadi
hubungan timbal balik untuk
mempertahankan kehidupan
ONRIZAL
Dept. Kehutanan FP USU
Onrizal
Pengantar
Ekosistem
• Fungsi utama ekosistem di dalam
pandangan ekologi adalah penekanan
hubungan wajib, ketergantungan, dan
hubungan sebab-akibat, yakni
perangkaian komponen-komponen
untuk membentuk satuan-satuan
fungsional
3
Onrizal
Pengantar
Ekosistem
Ekosistem
4
Komponen Ekosistem
Padanan kata dalam berbagai pustaka:
• Biocoenosis = komponen biotik
• Geocoenosis = komponen abiotik
• Biogeocoenosis/geobiocoenosis =
ekosistem
Onrizal
2
Pengantar
• Ekositem Æ satuan dasar fungsional
dalam ekologi, karena ekosistem
mencakup organisme (komunitaskomunitas) biotik dan lingkungan
abiotik yang saling berinteraksi
Onrizal
Ekosistem
Suatu ekosistem disusun oleh
berbagai komponen yang dapat
diklasifikasikan dari beberapa
segi, yaitu:
yaitu:
A. tingkat makanmakan-memakan (tropic
(tropic level)
level)
B. penyusun (struktur)
struktur)
C. tujuan deskriptif
5
Onrizal
Ekosistem
6
1
Komponen Ekosistem
Komponen Ekosistem
A. Tingkat makan-memakan (tropic level):
1. Komponen autotrofik,
A. Tingkat makan-memakan
(tropic level):
– organisme yang mampu mensistesis
makanannya sendiri yang berupa bahan
organik dari bahan-bahan anorganik
sederhana dengan bantuan sinar matahari
dan zat hijau daun (klorofil)
1. Komponen autotrofik,
2. Komponen heterotrofik
Onrizal
Ekosistem
7
Komponen Ekosistem
Onrizal
B. Penyusun (stuktur):
1.
2.
3.
4.
– organisme yang sumber makanannya
diperoleh dari bahan-bahan organik yang
dibentuk oleh komponen autotrofik,
menyusun kembali dan menguraikan bahanbahan organik kompleks yang telah mati
kedalam senyawa anorganik sederhana
Ekosistem
9
Onrizal
Komponen abiotik
Produsen
Konsumen
Pengurai
Ekosistem
Komponen Ekosistem
Komponen Ekosistem
B. Penyusun (stuktur):
1. Komponen abiotik yaitu komponen fisik dan
kimia, seperti tanah, air, udara, sinar matahari,
dan lain-lain yang merupakan medium untuk
berlangsungnya kehidupan.
2. Produsen yaitu organisme autotrofik,
umumnya adalah tumbuhan berklorofil yang
mampu mensistesis makanannya sendiri dari
bahan anorganik.
B. Penyusun (stuktur):
3. Konsumen yaitu organisme heterotrofik
4. Pengurai yaitu organisme heterotrofik
yang menguraikan bahan organik yang
berasal dari organisme mati, menyerap
sebagian hasil penguraian tersebut dan
melepas bahan-bahan yang sederhana
yang dapat dipakai oleh produsen
Onrizal
Onrizal
Ekosistem
8
Komponen Ekosistem
A. Tingkat makan-memakan (tropic level):
2. Komponen heterotrofik
Onrizal
Ekosistem
11
Ekosistem
10
12
2
Komponen Ekosistem
Komponen Ekosistem
C. Tujuan deskriptif:
1. Bahan-bahan anorganik (C, N, CO2,
H2O, dan lainnya)
2. Senyawa organik (protein, lemak,
karbohidrat, dan lainnya)
3. Iklim (suhu, dan faktor fisik lainnya)
4. Produsen
C. Tujuan deskriptif:
5. Konsumer makro (phagotroph yaitu organisme
heterotrofik, umumnya hewan) yang memakan
organisme lain atau bahan organik
6. Konsumer mikro (saprotroph, osmotroph) yaitu
organisme heterotrofik, umumnya jamur dan bakteri,
yang menghancurkan bahan organik mati, menyerap
sebagian hasil perombakannya, dan membebaskan
bahan-bahan anorganik sederhana yang berguna bagi
produser
¾
Onrizal
Ekosistem
13
Onrizal
Mana yang merupakan komponen biotik dan abiotik?
Ekosistem
14
Komponen Ekosistem
Komponen Ekosistem
Organisme heterotrofik dapat juga
dibedakan menjadi:
zBiophage, yaitu organisme yang
mengkonsumsi organisme lainnya.
zSaprophage, yaitu organisme pengurai
bahan-bahan organik yang telah mati
Dari segi fungsional, suatu ekosistem sebaiknya
dianalisis menurut:
1. Aliran energi
2. Rantai pangan
3. Pola keanekaragaman dalam ruang dan waktu
4. Siklus hara
5. Pengembangan dan evolusi
6. Kontrol (sibernetik)
Onrizal
Ekosistem
15
Onrizal
Ekosistem
16
Komponen Ekosistem
Komponen Ekosistem
Konsumer juga dapat dibedakan menjadi:
1. Konsumer I (konsumer primer)
2. Konsumer II (konsumer sekunder)
3. Konsumer III (konsumer tersier)
4. Parasit, scavenger, dan saproba
Konsumer juga dapat dibedakan menjadi:
z Konsumer I (konsumer primer)
hewan-hewan herbivora yang
makanannya bergantung pada produsen
(tumbuhan hijau). Contoh: insekta,
rodentia, kelinci, sapi, dan lainnya (pada
ekosistem daratan), moluska, krustacea,
dan lainnya (pada ekosistem akuatik)
Onrizal
Ekosistem
17
Onrizal
Ekosistem
18
3
Komponen Ekosistem
Komponen Ekosistem
Konsumer juga dapat dibedakan menjadi:
z Konsumer II (konsumer sekunder)
karnivora dan omnivora yang memakan
herbivora. Contoh: burung gagak, rubah,
kucing, ular, dan lainnya
Konsumer juga dapat dibedakan menjadi:
z Konsumer III (konsumer tersier)
karnivora dan omnivora, misal singa,
harimau, dan lainnya yang disebut juga
Top Konsumer.
z Parasit, scavenger, dan saproba
Onrizal
Onrizal
Ekosistem
19
Komponen Ekosistem
Ekosistem
20
Faktor Penyebab Perbedaan Ekosistem
Konsumer juga dapat dibedakan menjadi:
z
Konsumer I (konsumer primer)
hewan-hewan herbivora yang makanannya bergantung pada
produsen (tumbuhan hijau). Contoh: insekta, rodentia, kelinci,
sapi, dan lainnya (pada ekosistem daratan), moluska, krustacea,
dan lainnya (pada ekosistem akuatik)
z
Konsumer II (konsumer sekunder)
karnivora dan omnivora yang memakan herbivora. Contoh:
burung gagak, rubah, kucing, ular, dan lainnya
z
Konsumer III (konsumer tersier)
karnivora dan omnivora, misal singa, harimau, dan lainnya yang
disebut juga Top Konsumer.
z
Parasit, scavenger, dan saproba
Onrizal
Ekosistem
21
Onrizal
Ekosistem
Faktor Penyebab Perbedaan Ekosistem
Macam dan Ukuran Ekosistem
z Perbedaan kondisi iklim (hutan hujan,
hutan musim, hutan savana)
z Perbedaan letak dari permukaan laut,
topografi, dan formasi geologik (zonasi
pada pegunungan, lereng pegunungan
yang curam, lembah sungai)
z Perbedaan kondisi tanah dan air tanah
(pasir, lempung, basah, kering)
Berdasarkan proses terjadinya, ekosistem
menjadi dua macam:
zEkosistem alam
laut, sungai, hutan alam, danau alam, dan
lainnya
zEkosistem buatan
sawah, kebun, hutan tanaman, tambak,
bendungan (misalnya waduk Jatiluhur),
dan lainnya
Onrizal
Ekosistem
23
Onrizal
Ekosistem
22
24
4
Macam dan Ukuran Ekosistem
Tipe Ekosistem
Ukuran ekosistem bervariasi:
zsebesar kultur dalam botol di laboratorium,
zseluas danau,
zsepanjang sungai,
zseluas lautan
zsampai seukuran biosfir ini
z Ekosistem terestris (daratan)
z Ekosistem akuatik (perairan)
Onrizal
Onrizal
Ekosistem
25
Ekosistem
Tipe Ekosistem
Tipe Ekosistem
z Ekosistem terestris (daratan)
z Ekosistem akuatik (perairan)
{
{
{
{
Onrizal
Ekosistem hutan
Ekosistem padang rumput
Ekosistem gurun
Ekosistem anthropogen atau buatan (sawah,
kebun, dan lainnya)
Ekosistem
{ Ekosistem air tawar, misalnya kolam, danau,
sungai, dan lainnya
{ Ekosistem lautan
27
Onrizal
Ekosistem
Tahap-tahap Dasar Operasional
pada Ekosistem
Ekologi Niche (Relung)
1. Penerimaan energi radiasi
2. Pembuatan bahan-bahan organik dari bahan
anorganik oleh produser
3. Pemanfaatan produser oleh konsumer dan
lebih jauh lagi pada bahan-bahan terkonsumsi
4. Perombakan bahan-bahan organik dari
organisme yang mati oleh dekomposer
(pengurai) kedalam bentuk anorganik
sederhana untuk penggunaan ulang oleh
produser
z Niche (relung) adalah peranan suatu makhluk
hidup dalam suatu habitat.
z Habitat adalah tempat hidup organisme.
™ Ekologi niche?
niche?
peran total dari suatu jenis (spesies) dalam
komunitas.
z Ekologi niche mencakup jenis organisme, faktor
lingkungan, areal tempat tumbuh, spesialisasi
dari populasi jenis dalam suatu ekosistem
Onrizal
Ekosistem
26
29
Onrizal
Ekosistem
28
30
5
Beberapa hal penting tentang
energi dalam ekosistem:
† Energi adalah kemampuan untuk
melakukan kerja
† Bentuk energi yang berperan penting
pada makhluk hidup adalah energi
mekanik, kimia, radiasi dan panas
† Perilaku energi di alam mengikuti
Hukum Thermodinamika
Onrizal
Ekosistem
31
Onrizal
Ekosistem
Beberapa hal penting tentang
energi dalam ekosistem:
Beberapa hal penting tentang
energi dalam ekosistem:
Hukum Thermodinamika:
† Hukum Thermidinamika I
Energi dapat diubah dari suatu
bentuk ke bentuk lainnya, tetapi
energi tidak pernah dapat diciptakan
atau dimusnahkan
Hukum Thermodinamika:
† Hukum termodinamika II
Setiap terjadi perubahan bentuk energi
pasti terjadi degradasi energi dari bentuk
energi yang terpusat menjadi bentuk
energi yang terpencar atau karena
berbagai energi selalu memencar menjadi
panas, tidak ada transformasi secara
spontan dari suatu bentuk energi menjadi
energi potensial berlangsung dengan
efisiensi 100%.
Onrizal
Onrizal
Ekosistem
33
Beberapa hal penting tentang
energi dalam ekosistem:
Ekosistem
32
34
Gambar:
Gambar: Diagram aliran energi dalam ekosistem
Hukum Thermodinamika:
† Hukum termodinamika II
Misal: 57% energi surya diserap atmosfir,
dan 35% disebarkan untuk memanaskan
air dan daratan. Dari sekitar 8% energi
surya yang mengenani permukaan
tumbuhan, 10 – 15% dipantulkan, 5%
ditansmit, 80 – 85% diserap, dan ± 2%
(0,5 – 3,5%) dari total energi cahaya
digunakan dalam fotosistesis serta sisanya
dirobah menjadi bentuk panas
Onrizal
Ekosistem
35
Onrizal
Ekosistem
36
6
Rantai Pangan
„
Rantai Pangan
Rantai pangan: pengalihan energi dari
sumberdaya dalam tumbuhan melalui
sederatan organisme yang makan dan
dimakan.
Onrizal
Ekosistem
„
37
Rantai Pangan: Tipe
„
„
„
Onrizal
„
Onrizal
39
38
Onrizal
Ekosistem
40
Rantai Pangan: Tingkat Tropik
Rantai parasit
berawal dari organisme besar ke
organisme kecil.
Rantai saprofit/dedritus
bearawal dari organisme mati ke
mikroorganisme.
Ekosistem
Ekosistem
Rantai pemangsa
dimulai dari hewan kecil sebagai mata
rantai pertama ke hewan yang lebih
besar dan berakhir pada hewan terbesar
dimana landasan permulaan adalah
tumbuhan sebagai produser.
„
Rantai Pangan: Tipe
„
Onrizal
Rantai Pangan: Tipe
Rantai pemangsa
Rantai parasit
Rantai saprofit/dedritus
Ekosistem
Semakin pendek rantai pangan semakin
besar energi yang dapat disimpan dalam
bentuk tubuh organisme di ujung rantai
pangan
„
41
Dalam suatu ekosistem, rantai-rantai
pangan berkaitan satu sama lain
membentuk suatu jaring-jaring pangan
(food web).
Onrizal
Ekosistem
42
7
Rantai Pangan: Tingkat Tropik
„
Rantai Pangan: Tingkat Tropik
Komponen-komponen organisme dalam
suatu ekosistem biasanya dikelompokkan
ke dalam tingkat tropik (tropic level) yang
terdiri atas suatu kelompok organisme.
Onrizal
Ekosistem
„
43
Berbagai organisme yang memperoleh
sumber makanan melalui langkah yang
sama dianggap termasuk pada tingkat
tropik yang sama
Onrizal
Ekosistem
Rantai Pangan: Tingkat Tropik
Struktur Tropik & Piramida Ekologi
Berdasarkan tingkat tropik, organisme
dalam ekosistem dikelompokkan
menjadi:
„ Tumbuhan hijau
: tingkat tropik I
„ Herbivora
: tingkat tropik II
„ Karnivora
: tingkat tropik III
„ Karnivora sekunder : tingkat tropik IV
„
Onrizal
Ekosistem
kecil ukuran organisme, semakin
besar metabolisme per gram biomassa.
… Oleh karena itu, semakin kecil organisme
semakin kecil biomassa yang dapat ditunjang
pada suatu tingkat tropik dalam ekosistemnya
45
Ekosistem
Onrizal
Ekosistem
46
Struktur Tropik & Piramida Ekologi
Fenomenan interaksi antara rantai-rantai
makanan dan hubungan metabolisme
dengan ukuran organisme menyebabkan
berbagai komunitas mempunyai struktur
tropik tertentu
Onrizal
Ukuran individu menentukan besarnya
metabolisme suatu organisme.
… Semakin
Struktur Tropik & Piramida Ekologi
„
44
„
47
Struktur tropik dapat diukur dan
dipertelakan, baik dengan biomassa per
satuan luas maupun dengan banyaknya
energi yang ditambat per satuan luas per
satuan waktu pada tingkat tropik yang
berurutan
Onrizal
Ekosistem
48
8
Struktur Tropik & Piramida Ekologi
Struktur Tropik & Piramida Ekologi
Piramida ekologi dapat
menggambarkan struktur dan fungsi
tropik
Tipe-tipe piramida ekologi:
„
„
…
…
…
…
…
Piramida jumlah individu
Piramida biomassa
Piramida energi
Onrizal
Ekosistem
…
49
Produktivitas
„
„
Ekosistem
51
Produktivitas
Ekosistem
Onrizal
50
„
„
Produktivitas primer kotor (gross primary production)
kecepatan total fotosistesis, mencakup pula bahan
organik yang dipakai untuk respirasi selama
pengukuran. Istilah ini sama dengan asimilasi total
Produktivitas primer bersih (net primary production)
kecepatan penyimpanan bahan-bahan organik dalam
jaringan tumbuhan sebagai kelebihan bahan yang
dipakai untuk respirasi oleh tumbuh-tumbuhan selama
pengukuran. Istilah ini sama dengan asimilasi bersih
Onrizal
Ekosistem
52
Biomassa
Dapat diukur berdasarkan:
„ kalori atau dikenal juga dengan ash free dry
weight (berat kering bebas abu) yang
dinyatakan dalam satuan kalori per satuan luas
per satuan waktu, misalnya kalori per hektar per
tahun
„ biomassa (biasanya berupa berat kering) yang
dinyatakan dalam satuan biomassa per satuan
luas per satuan waktu, misalnya ton per hektar
per tahun
Onrizal
Piramida jumlah individu
menggambarkan jumlah individu dalam produser
dan konsumer suatu ekosistem
Piramida biomassa
menggambarkan biomassa dalam setiap tingkat
tropik
Piramida energi
menggambarkan besarnya energi pada setiap
tingkat tropik. Semakin tinggi tingkat tropik, semakin
efisien dalam penggunaan energi
Produktivitas Primer
Produktivitas primer
kecepatan penyimpanan energi potensial oleh
organisme produsen melalui proses fotosistesis
dalam bentuk bahan-bahan organik yang dapat
digunakan sebagai bahan pangan.
Produktivitas sekunder
kecepatan penyimpanan energi potensial pada
tingkat tropik konsumer dan pengurai
Onrizal
Tipe-tipe piramida ekologi:
„
Ekosistem
53
Jumlah bahan organik yang diproduksi oleh
organisme per satuan unit area pada suatu saat
„ Biomassa menunjukkan net production
„ Biomass production rate Ælaju akumulasi
biomassa dalam kurun waktu tertentu
„ Biomassa dinyatakan dalam
(a) berat kering (dry weight)
(b) berat kering bebas abu (ash free dry weight)
„
Onrizal
Ekosistem
54
9
Aliran energi
Respirasi
Energi
cahaya
Produksi
Primer Kotor
Produksi
Primer Bersih
Gross Ecological Effisiency (GEE)
¾ rasio kalori mangsa yang dikonsumsi
pemangsa terhadap kalori makanan
yang dikonsumsi mangsa
9Dalam setiap transfer energi dari tanaman ke tingkat
tropik yang berbeda, 90 % hilang sebagai panas
9Efisiensi energi Æ rasio antara aliran energi di setiap
titik/tahap yang berbeda sepanjang rantai makanan (%)
55
Ekosistem
Onrizal
Produktivitas: Contoh NPP
Ekosistem
Onrizal
56
Siklus Biogeokimia & Hara
Whittaker, 1970
Ekosistem
Danau dan sungai
Rawa dan payau
Hutan tropis
Hutan temperate
Hutan boreal
Woodland & shrubland
Savana
Padang rumput temperate
Tundra dan alpine
Se mak gurun pasir
Gu run pasir ekstrim, batu dan es
Lahan pertanian
Total lahan
Lautan terbuka
Dasar benua
Alga dan pesisir
Total lautan
Total bumi
Produksi bersih per unit area
(gram kering per m2 per tahun)
Kisaran
Nilai Tengah
Luas,
(106 km2)
2
2
20
18
12
7
15
9
8
18
24
14
149
332
27
2
361
510
100-1500
800-4000
1000-5000
600-2500
400-2000
200-1200
200-2000
150-1500
10-400
10-250
0-10
100-4000
...
2-400
200-600
500-4000
...
...
Ekosistem
Onrizal
„
„
„
57
Siklus Biogeokimia & Hara
…
…
Onrizal
Unsur-unsur kimia, termasuk unsur utama dari
protoplasma, cenderung untuk bersirkulasi dalam biosfir
dengan pola tertentu dari lingkungannya ke organisme
dan kembali lagi ke lingkungan Æ siklus biogeokimia
Pergerakan unsur-unsur dan senyawa-senyawa
anorganik yang penting untuk menunjang kehidupan Æ
siklus hara
Ekosistem
Onrizal
58
Dari sudut biosfir secara keseluruhan,
siklus biogeokimia terdiri atas:
„
Reservoir pool dengan karakter besar,
lambat bergerak, umumnya bukan
komponen ekologi.
Exchange atau cycling pool dengan karakter
kecil, tapi lebih aktif bertukar dengan cepat
antara organisme dengan lingkungannya
Ekosistem
hanya 30 – 40% unsur yang sangat diperlukan oleh makhluk
hidup.
Siklus Biogeokimia & Hara
Kedua siklus tersebut masing-masing
terdiri atas dua kompartemen atau dua
pool:
„
Telah diketahui ada sekitar 100 unsur kimia di dunia
…
500
2000
2000
1300
800
600
700
500
140
70
3
650
730
125
350
2000
155
320
59
…
…
Onrizal
Tipe gas,
gas dimana reservoir adalah di
atmosfir atau hidrosfir (lautan), misalnya
siklus karbon (CO2) dan siklus nutrien (N).
Tipe sedimen,
sedimen dimana reservoir adalah di
kerak bumi, misalnya siklus posfor (P).
Ekosistem
60
10
Contoh Jaring Pangan, Aliran Energi &
Produktivitas pada Suatu Ekosistem
„
Contoh Jaring Pangan, Aliran Energi &
Produktivitas pada Suatu Ekosistem
Produser
Spartina
Langkah pertama dalam membuat model grafis
dari aliran energi dalam ekosistem adalah
dengan menentukan anggota primer dari jaring
pangan dan interaksi jaring pangan
Herbivora
Prochelisia
Orchelimum
Serangga herbivore lainnya
Bakteri
Alga
Carnivora
Laba-laba
Passarines
Capung
Bakteri
Uca dan Sesarma
Modiolus
Littorina
Oligochaete
Streblospio
Capitella
Manayunkia
Eurytium
Clapper rail
Raccoon
Jaring pangan di rawa asin Georgia (Sumber : Teal, 1962)
Onrizal
61
Ekosistem
Input berupa cahaya
Hilang dalam fotosintesis
Produksi kotor
Respirasi produser
Produksi bersih
Respirasi bakteri
Respirasi konsumen lainnya
Energ i total yang hilang oleh konsumen
Ekspor
600.000
563.620
36.380
28.173
8.205
3.890
644
4.534
3.671
Contoh Jaring Pangan, Aliran Energi &
Produktivitas pada Suatu Ekosistem
kkal m2 per tahun
kkal m2 per tahun; 93,9%
; 6,1o% cahaya yang terjadi
; 77% produksi kotor
kkal m2 per tahun
kkal m2 per tahun; 47% produksi bersih
kkal m2 per tahun
kkal m2 per tahun; 55% produksi bersih
kkal m2 per tahun; 45% produksi bersih
Jaring pangan di rawa asin Georgia (Sumber : Teal, 1962)
Onrizal
Ekosistem
62
Ekosistem
Jaring pangan di rawa asin Georgia (Sumber : Teal, 1962)
Contoh Jaring Pangan, Aliran Energi &
Produktivitas pada Suatu Ekosistem
Onrizal
63
Onrizal
Ekosistem
64
11