APLIKASI DALAM MATA KULIAH
EKOLOGI
Disusun oleh :
Muhammad Zakaria Pratama
(Zaky Al-farizy)
(Biologi-Unesa, 2006)
A. PRODUKTIVITAS PRIMER
Produktivitas merupakan istilah istilah umum bagi para ahli ekologi yang digunakan untuk proses pemasukan dan penyimpanan energi di dalam ekosistem. Produktivitas primer meliputi pemasukan-pemasukan yang mencakup pemindahan energi cahaya menjadi energi kimia oleh produsen. Penggunaan energi pada binatang dan mikroba, umumnya disebut produksi sekunder.
Proses fotosintesis terjadi baik di atas permukaan laut, darat, di air tawar maupun di dalam laut. Sinar matahari bergabung dengan komponen-komponen kimiawi dalam air laut untuk menghasilkan jaringan tumbuh-tumbuhan hidup dengan reaksi kimia sederhana:
CO2 + H2O + mineral + sinar matahari zat organik + O2 + panas
Reaksi kimia ini terjadi hampir pada semua jasad fotosintetik dan merupakan dasar bagi semua kehidupan laut, kecuali bakteri tertentu dan biota laut yang mampu berkemosintesis atau membuat makanan tanpa bantuan sinar matahari. Mereka yang dinamakan produsen primer, menjadi sumber makanan secara langsung atau tidak bagi semua konsumen. Prosesnya dinamakan produksi primer. Proses sebaliknya terjadi pada respirasi, yang menggabungkan oksigen dan zat organik untuk menghasilkan bahan mentah untuk fotosintesis. Dua proses tersebut menjadi komponen utama dasar bagi daur organik.
Produktivitas primer merupakan kecepatan terjadinya fotosintesis atau pengikatan karbon. Jumlah seluruh zat organik saat itu adalah standing crop atau biomasssa. Dalam menganalisis suatu lingkungan perlu dipertimbangkan produktivitas kasar (gross productivity) dan produktivitas bersih (net productivity). Ada kalanya produktivitas tinggi tetapi karena terjadi konsumsi oleh herbivora maka biomasssa rendah.(Kasijan Romimohtarto, 2005 : 310)
Efisiensi Fotosintesis
Neraca energi (energy budget) adalah estiasi keluar masuknya energi dan suatu sistem. Estimasi potensi produktivitas primer maksimum dapat diperoleh dari efisiensi potensial fotosintesis (Loomis dan Williams, 1963). Angka maksimum bagi pemasukan seluruh energi sinar matahari adalah 7000 kkal/m2/hari, yang dicapai pada daerah sedang selama musim panas atau di daerah tropis selama waktu tak berawan atau mendung (Seic, 1968). Nilai ini berada dalam bagian spektrum ultraviolet dan infrared dimana mereka tidak efektif dalam fotosintesis. Kira-kira 45 % dari total energi radiasi terletak pada bagian spektrum cahaya yang tampak (visible) yaitu 400 – 700 μm, di mana dapat diabsorbsi oleh pigmen-pigmen fotosintesis. Hal ini berarti tinggal 55 % dari total energi radiasi, tidak terpakai.
Kebanyakan daun tumbuh-tumbuhan mengabsorbsi energi dalam jumlah besar (kira-kira 90 %) dari bagian spektrum cahaya yang tampak dan banyak membiaskan atau memindahkan cahaya ultraviolet dan infrared. Dari 7000 kkal/ m2/ hari, kira –kira 2735 kkal dapat dimanfaatkan secara potensial oleh proses fotosintesis. Sekitar 30 % dari energi yang tersedia ini dilepaskan dengan cara absorbsi tak aktif, sedangkan sisanya 70 %, berperan dalam perantara pembentukan pemindahan energi secara fotokemis ke fotosintesis . dari total energi yang mencapai produser-produser primer pada hari yang sanagt terang, penuh dengan cahaya matahari, hanya sekitar 28 % diabsorbsi ke dalam bentuk yang menjadi bagian dari pemasukan energi ke dalam ekosistem-ekosistem.
Berdasarkan teori maksimum energi sinar matahari yang dapat diubah menjadi bentuk komponen karbohidrat yang stabil (CH2O) adalah 9 %. Secara teoritis batas tertinggi produktivitas bruto adalah 635 k kal/m2/hari di mana berubah ke massa bahan organik sebesar 165 g/m2/hari. Fotosintesis bruto sebesar 165 g/m2/hari kemudian harus dibagi-bagi oleh tumbuh-tumbuhan antara respirasi dan produksi neto. Batas terendah respirasi sekitar 25 % dari nilai Pg dengan meninggalkan produktivitas primer neto maksimum sebesar 124 g/m/hari. Batas tertinggi secara teoritis didasarkan pada cahaya maksimum, efisiensi maksimum perubahan cahaya menjadi karbohidrat dan respirasi minimum. Jelaslah bahwa tumbuh-tumbuhan yang pernah diamati tidak ada yang dapat mencapai produktivitas neto tertinggi tersebut.
Bukti catatan bagi produktivits neto harian adalah 54 g/m2/hari, di mana nilai tersebut merupakan nilai bagi pertumbuhan rumput-rumputan tropis dalam lingkungan radiasi yang kuat. Nilai ini amerupakan 44 % dari nilai maksimum secara teoritis. Jadi produktivitas primer neto tidak dibatasi oleh kesanggupan pengubahan cahaya yang tidak dapat dipisahkan dari proses fotosintesis. Sebagian kecil dari bab ini pada prinsipnya merupakan pengamatan bagi faktor-faktor yang menyimpan efisiensi produksi di bawah efisiensi fotosintesis.
Kesimpulan dari efisiensi fotosintesis adalah sebagai berikut : pertama, walaupun efisiensi secara teoritis adalah 9 % dan efisiensi yang sesungguhnya kira-kira 4,5 % yang mungkin terlihat agak rendah, fotosintesis adalah suatu proses fotokimia yang telah diketahui paling efisien. Kedua, organisme yang mampu berfotosintesis dapat disebut sebagi pemindah (transformer) yang sangat berarti, di mana energi dari sinar matahari yang cukup banyak tersedia, diubah menjadi energi ikatan biokemis yang mendukung kehidupan. Bagi kedua alasan tersebut, produktivitas primer merupakan sebuah kunci bagi proses-proses dalam ekosistem.
Faktor – faktor yang mempengaruhi Produktivitas Primer
Sinar matahari merupakan ramuan penting dalam proses fotosintesis. Apa saja yang mempengaruhi sinar matahari akan mempengaruhi proses fotosintesis. Di daerah khatulistiwa, di mana panjang siang dan malam hampir sama sepanjang tahun maka faktor musim seperti yang terjadi di daerah sedang dan kutub tidak berpengaruh. Tetapi perubahan siang dan malam berpengaruh secara berkala. Cuaca dapat mempengaruhi produktivitas primer melalui tutupan awan angin dan secara tidak langsung melalui suhu .(Kasijan Romimohtarto, 2005 : 311)
Awan dapat mengurangi penembusan cahaya ke permukan laut dan mengurangi kecepatan proses produktivitas primer. Angin dapat menciptakan gelombang yang mengakibatkan permukaan laut tidak rata dan memantulkan sebagian besar sinar matahari jika dibandingkan dengan permukaan yang rata. Gelombang, terutama di perairan dangkal dapat juga menyebabkan kekeruhan dan mengurangi penembusan cahaya matahari. Tetapi sebaliknya angin juga dapat mendorong permukaan masssa air sehingga memperkaya zat hara untuk fotosintetik.
Suhu yang membantu melaui keragaman musiman mengakibatkan menghilangnya termoklin dan mendorong pemukaan massa air yang menyediakan zat hara untuk fotosintesis. Suhu juga mempengaruhi daya larut gas-gas yang diperlukan untuk fotosintesis seperti CO2 dan O2. Gas-gas ini mudah terlarut pada suhu rendah daripada suhu tinggi, akibatnya kecepatan fotosintesis ditingkatkan oleh suhu rendah. .(Kasijan Romimohtarto, 2005 : 312)
Sebaran Produktivitas Primer
Fotosintesis tidak langsung sebanding dengan intensitas cahaya. Pada kolom air 10-15 m ke atas kecepatan fotosintesis lebih rendah daripada pada lapisan 15-30 m, karena cahaya di permukaan laut telalu intensif untuk kebanyakan biota yang dapat dilukai oleh sinar ultraviolet. Fotosintesis tejadi sampai kejelukan 100m, di mana intensitas cahaya hanya 1% dari permukaan.
Pada umumnya produktivitas primer di laut bebas relatif rendah karena jauh dari daratan yang menyediakan zat hara dan karena volume air yang besar yang mengencerkan kadar zat hara. Contohnya danau dangkal, kolam dan rawa-rawa untuk lingkungan air tawar dan estuary untuk lingkungan laut. Kombinasi antara kandungan zat hara tinggi dari aliran sungai dan perairan dangkal yang teraduk baik, merupakan keadaan ideal untuk produktivitas tinggi. Sebaliknya sedimentasi tinggi di perairan dangkal dapat menghalangi penembusan cahaya dan dapat menjadi faktor pembatas di teluk yang menjorok ke dalam. Lingkungan oligotrofik adalah lingkungan dengan produktivitas rendah, seperti laut lepas, danau besar yang dalam, dan goba pantai di mana sirkulasi air terbatas.
Cara mengukur produktivitas premer
Metode botol terang dan gelap
Metode ini sesuai dipakai dalam lingkungan air. Produktivitas diukur menurut kesetimbangan oksigen yang dihasilkan sebagai akibat fotosintesis. Sampel air yang diambil dari perairan yang tenang dan mengandung plankton dimasukkan ke dalam botol Winkler terang dan gelap. Kedua botol itu digantungkan dalam kolam pada kedalaman yang sama dengan kedalaman pengambilan sampel. Salah satu botol itu muls-mula dibungkus kedalam kertas aluminium itu berada dalam kegelapan, sehingga yang terjadi hanya pernafasan(tetapi tidak ada fotosintesis) plankton. Dalam botol satu lagi yang tidak dibungkus terjadilah pernafasan dan fotosintesis selama ada cahaya siang. Perlu kiranya untuk menentukan jumlah semula oksigen yang terlarut dalam kolam dengan mengambil dan menganalisis suatu contoh ketiga pada saat kedua botol percobaan itu ditempatkan. Botol percobaan itu diambil dari kolam setelah 24 jam dan suhu airnya dicatat. Kandungan oksigen dalam setiap botol diperkirakan menurut Winkler. Volume oksigen yang ada didalam botol terang dan gelap menunjukkan produktivitas primer fitoplankton itu.
Fotosintesis
2H2O + CO2 + 114 Cal CH2O +O2 + H2O
Respirasi
BM CH2O = 30: BM O2 = 32
Bilamana perlu, percobaan itu dapat diulangi pada kedalaman yang berbeda-beda dalam kolam, sehingga produktivitas menyeluruh dari seluruh kolam itu dapat perkirakan.
Metode pelaksanaan
A. Alat dan Bahan
Alat dan bahan untuk uji kualitas air:
1. Botol winkler gelap 2 buah
2. Botol winkler terang 2 buah
3. Tali raffia
4. Erlenmeyer 250 ml 2 buah
5. Pipet tetes
6. Pipet ukur 1 ml
7. Pipet ukur 3 ml
8. Larutan KOH – KI
9. Larutan H2SO4
10. Larutan amilum 1 %
11. Larutan Na2SO2O3 0,025 N
12. Sampel air
Alat dan bahan untuk prouktivitas
1. Botol winkler coklat 6 buah
2. Botol winkler terang 6 buah
3. DO meter
4. pH meter
5. Thermometer air
6. Tali raffia
7. Kayu/bambu
B. Prosedur Kerja
1. Pengambilan sampel air dan peletakan botol sampel
a. Mengambil sampel air dengan menggunakan botol winkler coklat dan putih pada sekitar permukaan air (1 pasang botol). Menutup masing-masing botol sewaktu botol di dalam air.
b. Mengikat satu botol gelap dan satu botol terang dengan tali raffia pada kedalaman permukaan dan satu pasang botol pada sekitar bagian dasar air diikatkan pada tali raffia yang sama yang dipakai untuk mengikat satu pasang botol sebelumnya tali raffia pada bagian atas yang digantungkan pada pohon dekat air sehingga kedua pasang botol yang diikat raffia dekat air sehingga kedua pasang botol yang diikat raffia dapat masuk ke badan air sesuai dengan kedalaman.
2. Pemerikasaan kadar oksigen terlarut
Memeriksa kadar oksigen dari botol terang dan botol gelap sesuai dengan kedalaman sebelum perlakuan.
3. Pengukuran kandungan oksigen dalam metode winkler
a. Membuka botol winkler,air hasil tampungan diberi MnSO4 sebanyak 1 ml dengan mengunakan pipet ukur dengan ujung pipet di bawah permukaan air, sehingga tidak menimbulkan gelembung udara.
b. Menambahkan 1 ml KOH-KI dengan cara yang sama.
c. Menutup botol winkler kembali dengan membolak-balikkan selama 5 menit.
d. Membiarkan selama 16 menit agar terjadi pengikatan oksigen terlarut dengan sempurna dengan menandai timbulnya endapan di dasar botol.
e. Mengambil dan membuang 2 ml larutan di permukaan ataas botol tanpa menyertakan endapan kemudian menambahklan 1 ml H2SO4 pekat dengan pipet ukur.
f. Menutup botol dan dibolak-balikkan sehingga endapan larut dan larutan menjadi warna kuning kecoklatan.
g. Untuk satu botol winkler, mengambil larutan dan memasukkan ke dalam Erlenmeyer 100ml, larutan siap untuk dititrasi dengan Na2S2O3.
h. Larutan dalam Erlenmeyer dititrasi dengan Na2S2O3 hingga berwarna kuning muda. Mengukur Na2S2O3 yang digunakan.
i. Memasukkan 30 tetes amilum 1% ke dalam Erlenmeyer hingga larutan menjadi biru tua.
j. Larutan dititrasi lagi hingga warna biru hilang, Na2S2O3 yang digunakan pada langkah-j dijumlahkan.
Dua kali rata-rata jumlah ml larutan thiosulfat terpakai ekivalen dengan kadar O2 terlarut (mg/l) dalam air atau (a mg/lx 0,698)
4. Mengukur produktivitas dan metabolisme perairan
a. Enam botol terang dan enam botol gelap dirangkai berselang-seling pada kedalaman 0 dan 3 meter dengan satu kali ulangan dengna waktu pengamatan jam 12.00
b. Setiap botol diisi dengan air yang berasala dari kedalaman 0 dan 3 meter (diusahakan saat air masuk ke botol, tidak terbentuk gelembung udara).
c. Semua rangkaian botol tersebut dimasukkan ke dalam air pada saat matahari sebelum terbit. Bersamaan dengan pemasukan botol ke dalam air, diukur oksigen terlarut (DO) air pada masing-masing kedalaman (0 dan 3 meter) sebagai DO inisial.
d. Rangkaian botol gelap dan terang tersebut diambl 2 tahap, yaitu:
2 rangkaian diambil pada pukul 09.00 WIB
2 rangkaian diambil pada pukul 12.00, kemudian diukur DO, pH, suhu, dan alkalinitas.
B. KEANEKARAGAMAN PLANKTON
Pada suatu lingkungan tentu terdapat bermacam–macam organisme. Organisme tersebut saling mendukung dalam menciptakan suatu keseimbangan lingkungan. Organisme di lingkungan perairan antara lain plankton, ikan, jamur dan mikroorganisme seperti bakteri. Bila salah satu saja komponen tersebut tidak ada atau terganggu maka keseimbangnan di lingkungan perairan juga akan terganggu. Plankton sangat penting bagi ekonomi perairan karena sebagai pengikut awal energi matahari Plankton terdiri dari fitoplankton dan zooplankton.
Fitoplankton adalah salah satu jenis plankton yang termasuk produsen. Fitoplankton berukuran besar mudah ditangkap dengan jaring plankton. Organisme ini banyak sekali terdapat di permukaan air karena memerlukan oksigen untuk fotosintesis. Gerakan plankton bersifat pasif melayang-layang dalam air dan penyebarannya sedikit banyak dipengaruhi oleh arus air. Zooplankton termasuk konsumen dan bakteri adalah redusen. Zooplankton yang merupakan anggota plankton yang bersifat hewan sangat beranekaragam jenisnya. Organisme ini terdiri dari bermacam-macam larva dan bentuk dewasa.
Hanya satu golongan zooplankton yang sangat penting bagi ekologi perairan dan mendominasi di semua lautan ialah sub kelas Kopepoda. Keanekaragaman plankton dapat menggambarkan struktur komunitas organisme suatu perairan. Selain itu keanekaragaman plankton menunjukkan jumlah spesies/kelimpahan spesies dan menunjukkan keseimbangan komunitas. Keanekaragaman plankton akan berkurang bila suatu komunitas didominasi oleh satu atau sejumlah kecil spesies.
Perubahan lingkungan perairan dapat mempengaruhi keanekaragaman zooplaknkton. Perubahan lingkungan tersebut dapat terjadi karena kegiatan manusia atau perubahan alamiah yang terjadi di lingkungan perairan itu sendiri. Perubahan lingkungan tersebut berpengaruh pada kondisi fisik dari perairan tersebut., misalnya suhu, pH, salinitas dan kecerahan air. Kondisi fisik tersebut sering digunakan sebagai parameter kualitas suatu perairan. Kualitas suatu perairan tentu akan mempengaruhi keanekaragaman zooplankton.
SIFAT UMUM EKOSISTEM PANTAI
Wilayah perairan pantai dalam peranannya sebagai sumber daya hayati laut dapat diartikan sebagai wilayah perairan laut yang masih terjangkau oleh pengaruh daratan. Wilayah perairan pantai merupakan bagian wilayah samudera yang sempit sekali jika dibandingkan dengan luas perairan kita. Akan tetapi dengan panjang pantai sekitar 81.000 km lebih. Maka wilayah ini merupakan wilayah yang luas. Sesuai dengan letaknya wilayah ini merupakan pertemuan antara pengaruh daratan dan samudra. Lebih dari itu merupakan wilayah yang mempunyai sifat-sifat yang sangat majemuk. Hal ini terlihat sangat nyata pada mintakat pasut dan daerah estuari. Perubahan-perubahan sifat lingkungan terjadi secara cepat dalam waktu dan ruang sehingga untuk melakukan penelitian sifat-sifat lingkungan diperlukan ulangan waktu yang lebih kerap dan jarak tempat observasi lebih dekat daripada di samudra bebas. .(Kasijan Romimohtarto 2005 : 319)
Perairan pantai yang umumnya dangkal mempunyai keragaman factor-faktor lignkungan yang lebih besar daripada samudra lepas. Baik musiman maupun geografik. Zooplankton dari perairan jeluk yang biasanya berupaya menegak dan naik ke lapisan permukaan pada malam hari tdak terdapat di sini. Sebagai gantinya di perairan ini terdapat populasi hewan yang hidup di lapisan permukaan atau di dalam dasar laut pada siang hari. .(Kasijan Romimohtarto 2005 : 319)
Pengaruh daratan pada perairanpantai dapat dikaitkan dengan rendahnya salinitas, bertambahnya sedimentasi yang berakibat mengurangnya daya tembus sinar matahari dan bertambah besarnya rasio antara larva planktonik dan plankton dewasa yang terakhir ini menunjukkan betapa pentingnya anak-anak hewan laut yang merupakan sebagian dari sumber daya hayati laut sebagai generasi penerus induk-induknya yang dari waktu ke waktu dimanfaatkan oleh manusia. .(Kasijan Romimohtarto 2005 : 319)
Wilayah pantai secara teoritis dibagi menjadi dua secara berkala dan mintakat pasut. Mintakat secara berkala mengalami pengeringan dan perendaman sedangkan mintakat pasut merupakan mintakat yang terbanyak diketahui sifat-sifat ekologiknya dan sumber daya hayatinya.
PLANKTON
Biota yang mengapung (plankton) ini mencakup sejumlah besar biota laut, baik ditinjau dari jumlah jenisnya maupun kepadatannya. Produsen primer (fitoplankton), herbivore, konsumen tingkat pertama, larva dan juwana plantonik dari hewan lain, digabung menjadi satu membentuk volume biota laut yang luar biasa besarnya. Mereka hidup terbatas I lapisan perairan laut beberapa ratus meter dari permukaan laut. Ukuran plankton sangat beranekaragam dari yang terkecil, yang disebut ultraplankton berukuran <0,005 mm atau 5 mikron, termasuk disini bakteri dan diatom kecil, sampai nanoplankton yang berukuran 60 – 70 mikron yang terlalu kecil untuk dikumpulkan dengan jaring plankton biasa dan hanya dapat dikumpulkan dengan cara mengambil sejumlah air laut. Nanoplankton yang terdapat di dalam air laut tersebut diendapkan beberapa waktu kemudian dikumpulkan dari endapan di dasar atau dengan mengggunakan sentrifugasi (centrifuge), karena itu plankton ini disebut planton sentrifus. Netplankton atau mikroplankton berukuran sampai beberapa millimeter dan dapat dikumpulkan dengan banyak macam jarring plankton. Makroplankton berukuran besar, baik berupa tumbuh – tumbuhan maupun hewan. .(Kasijan Romimohtarto 2005 : 37)
Banyak jenis hewan menghabiskan sebagian dari daur hidupnya sebagai plankton, khususnya pada tingkat larva atau juwana. Plankton kelompok ini disebut meroplankton atau plankton sementara, karena setelah juwana atau dewasa mereka menetap di dasar laut sebagai bentos atau berenang bebas sebagai nekton.
a. Fitoplankton
Meskipun fitoplankton membentuk sejumlah besar biomasssa di laut, kelompok ini hanya diwakili oleh beberapa filum saja. Sebagian besar bersel satu atau mikroskopis dan mereka termasuk filum Chrysophyta yakni alga kuning hijau yang meliputi diatom dan kokolitofor (coccolitophore). Selain ini terdapat beberapa jenis alga biru – hijau (Chyanophyta), alga coklat (Phaeophyta) dan satu kelompok besar dari Dinoflagellata (Pyrophyta).
Diatom merupakan produsen primer yang terbanyak. Mereka terdapat di semua bagian lautan, tetapi teramat melimpah di daerah permukaan massa air dan di lintang tinggi, di mana terdapat air dingin yang penuh zat hara. Biota bersel satu ini umumnya dinamakan alga coklat emas karena warnanya. Diatom mempunyai ukuran yang sangat beraneka ragam dan beberapa micron sampai beberapa millimeter.
Dinoflagelata juga beranekaragam tetapi tidak seperti diatom dan kokolifor, mereka tidak mempunyai kerangkan mineral. Meraka memiliki flagella seperti cambuk yang memungkinkan mereka untuk bergerak.
Sargassum, alga coklat merupkan fitoplankton makroskopis yang berlimpah jika dibandingkan dengan yang lain. Benda besar yang mengapung ini mencakup cabang, ranting dan sekelompok kantung udara yang erlaku sebagai pelampung. Karena bentuknya bundarmaka dinamai Sargassum, dari asal kata Portugis yang artinya anggur. .(Kasijan Romimohtarto 2005 : 39)
b. Zooplankton
Meskipun jumlah jenis dan kepadatannya lebih rendah daripada fitoplankton, mereka membentuk kelompok yang lebih beranekaragam. Setidak-tidaknya ada sembilan filum yang mewakili kelompok zooplankton ini dan ukurannya sangat beranekaragam, dari yang sangat kecil atau renik sampai yang garis tengahnya lebih dari satu meter. Sebagian hidup sebagai meroplankton dan sebagian lagi sebagai holoplankton. Hampir semua hewan laut menghabiskan sebagian daur hidupnya dalam bentuk plankton. .(Kasijan Romimohtarto 2005 : 51)
c. Indeks keanekaragaman (Diversity Index)
Indeks ini digunakan untuk mengetahui keanekaragaman hayati biota yang diteliti. Apabila nilai indeks makin tinggi, berarti komunitas biota (plankton) di perairan itu makin beragam dan tidak didominasi oleh satu atau dua takson saja. Indeks keanekaragaman dihitung berdasarkan rumus Shannon and Weaver.
H = Indeks keanekaragaman
Ni= jumlah individu genus ke-i
N= jumlah total genus
EKOLOGI
Disusun oleh :
Muhammad Zakaria Pratama
(Zaky Al-farizy)
(Biologi-Unesa, 2006)
A. PRODUKTIVITAS PRIMER
Produktivitas merupakan istilah istilah umum bagi para ahli ekologi yang digunakan untuk proses pemasukan dan penyimpanan energi di dalam ekosistem. Produktivitas primer meliputi pemasukan-pemasukan yang mencakup pemindahan energi cahaya menjadi energi kimia oleh produsen. Penggunaan energi pada binatang dan mikroba, umumnya disebut produksi sekunder.
Proses fotosintesis terjadi baik di atas permukaan laut, darat, di air tawar maupun di dalam laut. Sinar matahari bergabung dengan komponen-komponen kimiawi dalam air laut untuk menghasilkan jaringan tumbuh-tumbuhan hidup dengan reaksi kimia sederhana:
CO2 + H2O + mineral + sinar matahari zat organik + O2 + panas
Reaksi kimia ini terjadi hampir pada semua jasad fotosintetik dan merupakan dasar bagi semua kehidupan laut, kecuali bakteri tertentu dan biota laut yang mampu berkemosintesis atau membuat makanan tanpa bantuan sinar matahari. Mereka yang dinamakan produsen primer, menjadi sumber makanan secara langsung atau tidak bagi semua konsumen. Prosesnya dinamakan produksi primer. Proses sebaliknya terjadi pada respirasi, yang menggabungkan oksigen dan zat organik untuk menghasilkan bahan mentah untuk fotosintesis. Dua proses tersebut menjadi komponen utama dasar bagi daur organik.
Produktivitas primer merupakan kecepatan terjadinya fotosintesis atau pengikatan karbon. Jumlah seluruh zat organik saat itu adalah standing crop atau biomasssa. Dalam menganalisis suatu lingkungan perlu dipertimbangkan produktivitas kasar (gross productivity) dan produktivitas bersih (net productivity). Ada kalanya produktivitas tinggi tetapi karena terjadi konsumsi oleh herbivora maka biomasssa rendah.(Kasijan Romimohtarto, 2005 : 310)
Efisiensi Fotosintesis
Neraca energi (energy budget) adalah estiasi keluar masuknya energi dan suatu sistem. Estimasi potensi produktivitas primer maksimum dapat diperoleh dari efisiensi potensial fotosintesis (Loomis dan Williams, 1963). Angka maksimum bagi pemasukan seluruh energi sinar matahari adalah 7000 kkal/m2/hari, yang dicapai pada daerah sedang selama musim panas atau di daerah tropis selama waktu tak berawan atau mendung (Seic, 1968). Nilai ini berada dalam bagian spektrum ultraviolet dan infrared dimana mereka tidak efektif dalam fotosintesis. Kira-kira 45 % dari total energi radiasi terletak pada bagian spektrum cahaya yang tampak (visible) yaitu 400 – 700 μm, di mana dapat diabsorbsi oleh pigmen-pigmen fotosintesis. Hal ini berarti tinggal 55 % dari total energi radiasi, tidak terpakai.
Kebanyakan daun tumbuh-tumbuhan mengabsorbsi energi dalam jumlah besar (kira-kira 90 %) dari bagian spektrum cahaya yang tampak dan banyak membiaskan atau memindahkan cahaya ultraviolet dan infrared. Dari 7000 kkal/ m2/ hari, kira –kira 2735 kkal dapat dimanfaatkan secara potensial oleh proses fotosintesis. Sekitar 30 % dari energi yang tersedia ini dilepaskan dengan cara absorbsi tak aktif, sedangkan sisanya 70 %, berperan dalam perantara pembentukan pemindahan energi secara fotokemis ke fotosintesis . dari total energi yang mencapai produser-produser primer pada hari yang sanagt terang, penuh dengan cahaya matahari, hanya sekitar 28 % diabsorbsi ke dalam bentuk yang menjadi bagian dari pemasukan energi ke dalam ekosistem-ekosistem.
Berdasarkan teori maksimum energi sinar matahari yang dapat diubah menjadi bentuk komponen karbohidrat yang stabil (CH2O) adalah 9 %. Secara teoritis batas tertinggi produktivitas bruto adalah 635 k kal/m2/hari di mana berubah ke massa bahan organik sebesar 165 g/m2/hari. Fotosintesis bruto sebesar 165 g/m2/hari kemudian harus dibagi-bagi oleh tumbuh-tumbuhan antara respirasi dan produksi neto. Batas terendah respirasi sekitar 25 % dari nilai Pg dengan meninggalkan produktivitas primer neto maksimum sebesar 124 g/m/hari. Batas tertinggi secara teoritis didasarkan pada cahaya maksimum, efisiensi maksimum perubahan cahaya menjadi karbohidrat dan respirasi minimum. Jelaslah bahwa tumbuh-tumbuhan yang pernah diamati tidak ada yang dapat mencapai produktivitas neto tertinggi tersebut.
Bukti catatan bagi produktivits neto harian adalah 54 g/m2/hari, di mana nilai tersebut merupakan nilai bagi pertumbuhan rumput-rumputan tropis dalam lingkungan radiasi yang kuat. Nilai ini amerupakan 44 % dari nilai maksimum secara teoritis. Jadi produktivitas primer neto tidak dibatasi oleh kesanggupan pengubahan cahaya yang tidak dapat dipisahkan dari proses fotosintesis. Sebagian kecil dari bab ini pada prinsipnya merupakan pengamatan bagi faktor-faktor yang menyimpan efisiensi produksi di bawah efisiensi fotosintesis.
Kesimpulan dari efisiensi fotosintesis adalah sebagai berikut : pertama, walaupun efisiensi secara teoritis adalah 9 % dan efisiensi yang sesungguhnya kira-kira 4,5 % yang mungkin terlihat agak rendah, fotosintesis adalah suatu proses fotokimia yang telah diketahui paling efisien. Kedua, organisme yang mampu berfotosintesis dapat disebut sebagi pemindah (transformer) yang sangat berarti, di mana energi dari sinar matahari yang cukup banyak tersedia, diubah menjadi energi ikatan biokemis yang mendukung kehidupan. Bagi kedua alasan tersebut, produktivitas primer merupakan sebuah kunci bagi proses-proses dalam ekosistem.
Faktor – faktor yang mempengaruhi Produktivitas Primer
Sinar matahari merupakan ramuan penting dalam proses fotosintesis. Apa saja yang mempengaruhi sinar matahari akan mempengaruhi proses fotosintesis. Di daerah khatulistiwa, di mana panjang siang dan malam hampir sama sepanjang tahun maka faktor musim seperti yang terjadi di daerah sedang dan kutub tidak berpengaruh. Tetapi perubahan siang dan malam berpengaruh secara berkala. Cuaca dapat mempengaruhi produktivitas primer melalui tutupan awan angin dan secara tidak langsung melalui suhu .(Kasijan Romimohtarto, 2005 : 311)
Awan dapat mengurangi penembusan cahaya ke permukan laut dan mengurangi kecepatan proses produktivitas primer. Angin dapat menciptakan gelombang yang mengakibatkan permukaan laut tidak rata dan memantulkan sebagian besar sinar matahari jika dibandingkan dengan permukaan yang rata. Gelombang, terutama di perairan dangkal dapat juga menyebabkan kekeruhan dan mengurangi penembusan cahaya matahari. Tetapi sebaliknya angin juga dapat mendorong permukaan masssa air sehingga memperkaya zat hara untuk fotosintetik.
Suhu yang membantu melaui keragaman musiman mengakibatkan menghilangnya termoklin dan mendorong pemukaan massa air yang menyediakan zat hara untuk fotosintesis. Suhu juga mempengaruhi daya larut gas-gas yang diperlukan untuk fotosintesis seperti CO2 dan O2. Gas-gas ini mudah terlarut pada suhu rendah daripada suhu tinggi, akibatnya kecepatan fotosintesis ditingkatkan oleh suhu rendah. .(Kasijan Romimohtarto, 2005 : 312)
Sebaran Produktivitas Primer
Fotosintesis tidak langsung sebanding dengan intensitas cahaya. Pada kolom air 10-15 m ke atas kecepatan fotosintesis lebih rendah daripada pada lapisan 15-30 m, karena cahaya di permukaan laut telalu intensif untuk kebanyakan biota yang dapat dilukai oleh sinar ultraviolet. Fotosintesis tejadi sampai kejelukan 100m, di mana intensitas cahaya hanya 1% dari permukaan.
Pada umumnya produktivitas primer di laut bebas relatif rendah karena jauh dari daratan yang menyediakan zat hara dan karena volume air yang besar yang mengencerkan kadar zat hara. Contohnya danau dangkal, kolam dan rawa-rawa untuk lingkungan air tawar dan estuary untuk lingkungan laut. Kombinasi antara kandungan zat hara tinggi dari aliran sungai dan perairan dangkal yang teraduk baik, merupakan keadaan ideal untuk produktivitas tinggi. Sebaliknya sedimentasi tinggi di perairan dangkal dapat menghalangi penembusan cahaya dan dapat menjadi faktor pembatas di teluk yang menjorok ke dalam. Lingkungan oligotrofik adalah lingkungan dengan produktivitas rendah, seperti laut lepas, danau besar yang dalam, dan goba pantai di mana sirkulasi air terbatas.
Cara mengukur produktivitas premer
Metode botol terang dan gelap
Metode ini sesuai dipakai dalam lingkungan air. Produktivitas diukur menurut kesetimbangan oksigen yang dihasilkan sebagai akibat fotosintesis. Sampel air yang diambil dari perairan yang tenang dan mengandung plankton dimasukkan ke dalam botol Winkler terang dan gelap. Kedua botol itu digantungkan dalam kolam pada kedalaman yang sama dengan kedalaman pengambilan sampel. Salah satu botol itu muls-mula dibungkus kedalam kertas aluminium itu berada dalam kegelapan, sehingga yang terjadi hanya pernafasan(tetapi tidak ada fotosintesis) plankton. Dalam botol satu lagi yang tidak dibungkus terjadilah pernafasan dan fotosintesis selama ada cahaya siang. Perlu kiranya untuk menentukan jumlah semula oksigen yang terlarut dalam kolam dengan mengambil dan menganalisis suatu contoh ketiga pada saat kedua botol percobaan itu ditempatkan. Botol percobaan itu diambil dari kolam setelah 24 jam dan suhu airnya dicatat. Kandungan oksigen dalam setiap botol diperkirakan menurut Winkler. Volume oksigen yang ada didalam botol terang dan gelap menunjukkan produktivitas primer fitoplankton itu.
Fotosintesis
2H2O + CO2 + 114 Cal CH2O +O2 + H2O
Respirasi
BM CH2O = 30: BM O2 = 32
Bilamana perlu, percobaan itu dapat diulangi pada kedalaman yang berbeda-beda dalam kolam, sehingga produktivitas menyeluruh dari seluruh kolam itu dapat perkirakan.
Metode pelaksanaan
A. Alat dan Bahan
Alat dan bahan untuk uji kualitas air:
1. Botol winkler gelap 2 buah
2. Botol winkler terang 2 buah
3. Tali raffia
4. Erlenmeyer 250 ml 2 buah
5. Pipet tetes
6. Pipet ukur 1 ml
7. Pipet ukur 3 ml
8. Larutan KOH – KI
9. Larutan H2SO4
10. Larutan amilum 1 %
11. Larutan Na2SO2O3 0,025 N
12. Sampel air
Alat dan bahan untuk prouktivitas
1. Botol winkler coklat 6 buah
2. Botol winkler terang 6 buah
3. DO meter
4. pH meter
5. Thermometer air
6. Tali raffia
7. Kayu/bambu
B. Prosedur Kerja
1. Pengambilan sampel air dan peletakan botol sampel
a. Mengambil sampel air dengan menggunakan botol winkler coklat dan putih pada sekitar permukaan air (1 pasang botol). Menutup masing-masing botol sewaktu botol di dalam air.
b. Mengikat satu botol gelap dan satu botol terang dengan tali raffia pada kedalaman permukaan dan satu pasang botol pada sekitar bagian dasar air diikatkan pada tali raffia yang sama yang dipakai untuk mengikat satu pasang botol sebelumnya tali raffia pada bagian atas yang digantungkan pada pohon dekat air sehingga kedua pasang botol yang diikat raffia dekat air sehingga kedua pasang botol yang diikat raffia dapat masuk ke badan air sesuai dengan kedalaman.
2. Pemerikasaan kadar oksigen terlarut
Memeriksa kadar oksigen dari botol terang dan botol gelap sesuai dengan kedalaman sebelum perlakuan.
3. Pengukuran kandungan oksigen dalam metode winkler
a. Membuka botol winkler,air hasil tampungan diberi MnSO4 sebanyak 1 ml dengan mengunakan pipet ukur dengan ujung pipet di bawah permukaan air, sehingga tidak menimbulkan gelembung udara.
b. Menambahkan 1 ml KOH-KI dengan cara yang sama.
c. Menutup botol winkler kembali dengan membolak-balikkan selama 5 menit.
d. Membiarkan selama 16 menit agar terjadi pengikatan oksigen terlarut dengan sempurna dengan menandai timbulnya endapan di dasar botol.
e. Mengambil dan membuang 2 ml larutan di permukaan ataas botol tanpa menyertakan endapan kemudian menambahklan 1 ml H2SO4 pekat dengan pipet ukur.
f. Menutup botol dan dibolak-balikkan sehingga endapan larut dan larutan menjadi warna kuning kecoklatan.
g. Untuk satu botol winkler, mengambil larutan dan memasukkan ke dalam Erlenmeyer 100ml, larutan siap untuk dititrasi dengan Na2S2O3.
h. Larutan dalam Erlenmeyer dititrasi dengan Na2S2O3 hingga berwarna kuning muda. Mengukur Na2S2O3 yang digunakan.
i. Memasukkan 30 tetes amilum 1% ke dalam Erlenmeyer hingga larutan menjadi biru tua.
j. Larutan dititrasi lagi hingga warna biru hilang, Na2S2O3 yang digunakan pada langkah-j dijumlahkan.
Dua kali rata-rata jumlah ml larutan thiosulfat terpakai ekivalen dengan kadar O2 terlarut (mg/l) dalam air atau (a mg/lx 0,698)
4. Mengukur produktivitas dan metabolisme perairan
a. Enam botol terang dan enam botol gelap dirangkai berselang-seling pada kedalaman 0 dan 3 meter dengan satu kali ulangan dengna waktu pengamatan jam 12.00
b. Setiap botol diisi dengan air yang berasala dari kedalaman 0 dan 3 meter (diusahakan saat air masuk ke botol, tidak terbentuk gelembung udara).
c. Semua rangkaian botol tersebut dimasukkan ke dalam air pada saat matahari sebelum terbit. Bersamaan dengan pemasukan botol ke dalam air, diukur oksigen terlarut (DO) air pada masing-masing kedalaman (0 dan 3 meter) sebagai DO inisial.
d. Rangkaian botol gelap dan terang tersebut diambl 2 tahap, yaitu:
2 rangkaian diambil pada pukul 09.00 WIB
2 rangkaian diambil pada pukul 12.00, kemudian diukur DO, pH, suhu, dan alkalinitas.
B. KEANEKARAGAMAN PLANKTON
Pada suatu lingkungan tentu terdapat bermacam–macam organisme. Organisme tersebut saling mendukung dalam menciptakan suatu keseimbangan lingkungan. Organisme di lingkungan perairan antara lain plankton, ikan, jamur dan mikroorganisme seperti bakteri. Bila salah satu saja komponen tersebut tidak ada atau terganggu maka keseimbangnan di lingkungan perairan juga akan terganggu. Plankton sangat penting bagi ekonomi perairan karena sebagai pengikut awal energi matahari Plankton terdiri dari fitoplankton dan zooplankton.
Fitoplankton adalah salah satu jenis plankton yang termasuk produsen. Fitoplankton berukuran besar mudah ditangkap dengan jaring plankton. Organisme ini banyak sekali terdapat di permukaan air karena memerlukan oksigen untuk fotosintesis. Gerakan plankton bersifat pasif melayang-layang dalam air dan penyebarannya sedikit banyak dipengaruhi oleh arus air. Zooplankton termasuk konsumen dan bakteri adalah redusen. Zooplankton yang merupakan anggota plankton yang bersifat hewan sangat beranekaragam jenisnya. Organisme ini terdiri dari bermacam-macam larva dan bentuk dewasa.
Hanya satu golongan zooplankton yang sangat penting bagi ekologi perairan dan mendominasi di semua lautan ialah sub kelas Kopepoda. Keanekaragaman plankton dapat menggambarkan struktur komunitas organisme suatu perairan. Selain itu keanekaragaman plankton menunjukkan jumlah spesies/kelimpahan spesies dan menunjukkan keseimbangan komunitas. Keanekaragaman plankton akan berkurang bila suatu komunitas didominasi oleh satu atau sejumlah kecil spesies.
Perubahan lingkungan perairan dapat mempengaruhi keanekaragaman zooplaknkton. Perubahan lingkungan tersebut dapat terjadi karena kegiatan manusia atau perubahan alamiah yang terjadi di lingkungan perairan itu sendiri. Perubahan lingkungan tersebut berpengaruh pada kondisi fisik dari perairan tersebut., misalnya suhu, pH, salinitas dan kecerahan air. Kondisi fisik tersebut sering digunakan sebagai parameter kualitas suatu perairan. Kualitas suatu perairan tentu akan mempengaruhi keanekaragaman zooplankton.
SIFAT UMUM EKOSISTEM PANTAI
Wilayah perairan pantai dalam peranannya sebagai sumber daya hayati laut dapat diartikan sebagai wilayah perairan laut yang masih terjangkau oleh pengaruh daratan. Wilayah perairan pantai merupakan bagian wilayah samudera yang sempit sekali jika dibandingkan dengan luas perairan kita. Akan tetapi dengan panjang pantai sekitar 81.000 km lebih. Maka wilayah ini merupakan wilayah yang luas. Sesuai dengan letaknya wilayah ini merupakan pertemuan antara pengaruh daratan dan samudra. Lebih dari itu merupakan wilayah yang mempunyai sifat-sifat yang sangat majemuk. Hal ini terlihat sangat nyata pada mintakat pasut dan daerah estuari. Perubahan-perubahan sifat lingkungan terjadi secara cepat dalam waktu dan ruang sehingga untuk melakukan penelitian sifat-sifat lingkungan diperlukan ulangan waktu yang lebih kerap dan jarak tempat observasi lebih dekat daripada di samudra bebas. .(Kasijan Romimohtarto 2005 : 319)
Perairan pantai yang umumnya dangkal mempunyai keragaman factor-faktor lignkungan yang lebih besar daripada samudra lepas. Baik musiman maupun geografik. Zooplankton dari perairan jeluk yang biasanya berupaya menegak dan naik ke lapisan permukaan pada malam hari tdak terdapat di sini. Sebagai gantinya di perairan ini terdapat populasi hewan yang hidup di lapisan permukaan atau di dalam dasar laut pada siang hari. .(Kasijan Romimohtarto 2005 : 319)
Pengaruh daratan pada perairanpantai dapat dikaitkan dengan rendahnya salinitas, bertambahnya sedimentasi yang berakibat mengurangnya daya tembus sinar matahari dan bertambah besarnya rasio antara larva planktonik dan plankton dewasa yang terakhir ini menunjukkan betapa pentingnya anak-anak hewan laut yang merupakan sebagian dari sumber daya hayati laut sebagai generasi penerus induk-induknya yang dari waktu ke waktu dimanfaatkan oleh manusia. .(Kasijan Romimohtarto 2005 : 319)
Wilayah pantai secara teoritis dibagi menjadi dua secara berkala dan mintakat pasut. Mintakat secara berkala mengalami pengeringan dan perendaman sedangkan mintakat pasut merupakan mintakat yang terbanyak diketahui sifat-sifat ekologiknya dan sumber daya hayatinya.
PLANKTON
Biota yang mengapung (plankton) ini mencakup sejumlah besar biota laut, baik ditinjau dari jumlah jenisnya maupun kepadatannya. Produsen primer (fitoplankton), herbivore, konsumen tingkat pertama, larva dan juwana plantonik dari hewan lain, digabung menjadi satu membentuk volume biota laut yang luar biasa besarnya. Mereka hidup terbatas I lapisan perairan laut beberapa ratus meter dari permukaan laut. Ukuran plankton sangat beranekaragam dari yang terkecil, yang disebut ultraplankton berukuran <0,005 mm atau 5 mikron, termasuk disini bakteri dan diatom kecil, sampai nanoplankton yang berukuran 60 – 70 mikron yang terlalu kecil untuk dikumpulkan dengan jaring plankton biasa dan hanya dapat dikumpulkan dengan cara mengambil sejumlah air laut. Nanoplankton yang terdapat di dalam air laut tersebut diendapkan beberapa waktu kemudian dikumpulkan dari endapan di dasar atau dengan mengggunakan sentrifugasi (centrifuge), karena itu plankton ini disebut planton sentrifus. Netplankton atau mikroplankton berukuran sampai beberapa millimeter dan dapat dikumpulkan dengan banyak macam jarring plankton. Makroplankton berukuran besar, baik berupa tumbuh – tumbuhan maupun hewan. .(Kasijan Romimohtarto 2005 : 37)
Banyak jenis hewan menghabiskan sebagian dari daur hidupnya sebagai plankton, khususnya pada tingkat larva atau juwana. Plankton kelompok ini disebut meroplankton atau plankton sementara, karena setelah juwana atau dewasa mereka menetap di dasar laut sebagai bentos atau berenang bebas sebagai nekton.
a. Fitoplankton
Meskipun fitoplankton membentuk sejumlah besar biomasssa di laut, kelompok ini hanya diwakili oleh beberapa filum saja. Sebagian besar bersel satu atau mikroskopis dan mereka termasuk filum Chrysophyta yakni alga kuning hijau yang meliputi diatom dan kokolitofor (coccolitophore). Selain ini terdapat beberapa jenis alga biru – hijau (Chyanophyta), alga coklat (Phaeophyta) dan satu kelompok besar dari Dinoflagellata (Pyrophyta).
Diatom merupakan produsen primer yang terbanyak. Mereka terdapat di semua bagian lautan, tetapi teramat melimpah di daerah permukaan massa air dan di lintang tinggi, di mana terdapat air dingin yang penuh zat hara. Biota bersel satu ini umumnya dinamakan alga coklat emas karena warnanya. Diatom mempunyai ukuran yang sangat beraneka ragam dan beberapa micron sampai beberapa millimeter.
Dinoflagelata juga beranekaragam tetapi tidak seperti diatom dan kokolifor, mereka tidak mempunyai kerangkan mineral. Meraka memiliki flagella seperti cambuk yang memungkinkan mereka untuk bergerak.
Sargassum, alga coklat merupkan fitoplankton makroskopis yang berlimpah jika dibandingkan dengan yang lain. Benda besar yang mengapung ini mencakup cabang, ranting dan sekelompok kantung udara yang erlaku sebagai pelampung. Karena bentuknya bundarmaka dinamai Sargassum, dari asal kata Portugis yang artinya anggur. .(Kasijan Romimohtarto 2005 : 39)
b. Zooplankton
Meskipun jumlah jenis dan kepadatannya lebih rendah daripada fitoplankton, mereka membentuk kelompok yang lebih beranekaragam. Setidak-tidaknya ada sembilan filum yang mewakili kelompok zooplankton ini dan ukurannya sangat beranekaragam, dari yang sangat kecil atau renik sampai yang garis tengahnya lebih dari satu meter. Sebagian hidup sebagai meroplankton dan sebagian lagi sebagai holoplankton. Hampir semua hewan laut menghabiskan sebagian daur hidupnya dalam bentuk plankton. .(Kasijan Romimohtarto 2005 : 51)
c. Indeks keanekaragaman (Diversity Index)
Indeks ini digunakan untuk mengetahui keanekaragaman hayati biota yang diteliti. Apabila nilai indeks makin tinggi, berarti komunitas biota (plankton) di perairan itu makin beragam dan tidak didominasi oleh satu atau dua takson saja. Indeks keanekaragaman dihitung berdasarkan rumus Shannon and Weaver.
H = Indeks keanekaragaman
Ni= jumlah individu genus ke-i
N= jumlah total genus
