KLASIFIKASI EKOSISTEM Ekosistem bertenaga matahari tanpa subsidi (unsubsidized natural solar-powered ecosystem Ekosistem bertenaga matahari bersubsidi energi alam (naturally subsidized solar-powered ecosystem) Ekosistem bertenaga matahari bersubsidi energi buatan (man subsidized solar-powered ecosystem) Ekosistem urban-industri bertenaga bahan bakar (fuel-powered urbanindustrial ecosystem) Ekosistem bertenaga bahan bakar bersubsidi energi matahari (sun-subsidized fuel powered ecosystem)

EFISIENSI EKOLOGIS Efisiensi ekologis : nisbah energi yang mengalir diantara berbagai tingkat trofik Lindeman (1942) –Lindemen efisiensi (hubungan antara jumlah energi yang dikonsumsi pada 2 tingkat trofik. Pada tingkat produser : 1 – 5 % Pada tingkat trofik yang lebih besar : 10 – 20% Ecological growth effisiency : nisbah antara produksi netto dan energi yang diasimilasi pada tingkat trofik tertentu ( 10 – 50%)

Efisiensi Lindeman: It PG PG ---- = ----- atau ------- It-1 L LA Pt Efisiensi Pertumbuhan Ekologis; ---------- It Dengan : I = energi matahari P = produksi biomas PG = gross photosynthesis L = total energi cahaya LA = energi cahaya yang secara fotosintetik aktif t = tingkat trofik A = asimilasi

DAUR BIOGEOKIMIA Proses hidup dan pertumbuhan : 90 elemen Tiap elemen mengalami daur yang berbeda Daur Elemen 1. Gaseous cycles, misal : C, H, O, N dan S 2. Sedimentary cycles, missal : Pb

2.6.1. Daur Hidrologis - Terpenting - Air penting bagi kehidupan, dan menentukan struktur serta fungsi ekosistem - Air mempunyai interaksi penting dengan energi yang dihasilkan dalam berbagai lingkungan fisik dan biologis - Air sebagai media daur elemen-elemen lain - Daur air menggabungkan berbagai komponen ekosfir (hidrosfil, atmosfir, litosfir dan biosfir)

Jumlah air diperkirakan 266.069,88 G Diataranya terdapat dalam - batuan : 250.000 G - laut : 13.800 G - batuan sediment : 2.100 G - salju di kutub : 167 G - sungai dan danau : 0,25 G - atmosfir : 0,13 G Air yang jatuh sebagai hujan 4,46 G, dari jumlah tersebut 3,47 G jatuh di laut.

2.6.2. Daur Karbon - Merupakan daur yang paling sederhana - Jumlah karbon di udara sangat kecil (0,03%) tapi penting artinya bagi kehidupan. - Karbon yang tersisa dalam tanah menjadi sumber bahan bakar. - Pembakaran bahan bakar fosil yang tidak terkendali menimbulkan pencemaran udara, bila semua dibakar menghasilkan CO2 sebanyak 40 x 1012 ton - CO2 merupakan salah satu gas rumah kaca (GRK) disamping metan, ozon, N2O, da CFC (klorofluorokarbon)

Daur karbon organik jangka pendek, titik berat pada interaksi antara atmosfir dan biosfir; terrestrial (bentang lahan) dan laut. Daur karbon organik jangka panjang, titik berat pada formasi dan destruksi bahan bakar fosil dan sedimen lain yang mengandung karbon.  Daur karbon inorganik jangka panjang, titik berat pada kalsium karbonat (batu kapur: CaCO3), barkiatan dengan daur karbon-silikat, sumber ion kalsium untuk pembentukan batu kapur.

Terdapat daur karbon lain di lautan. - air laut mengandung karbon 50 x lebih banyak dari atmosfir dalam bentuk karbonat. H2O + CO2  H2CO3 H2CO3  H3O+ + HCO3- HCO3- + H2O  H3O+ + CO32-

2.6.3. Daur Oksigen - Terdapat di atmosfir dalam jumlah besar (21%) - Oksigen terlibat dalam fotosintesis - Salah satu tahapan daur oksigen terpenting, adalah ozon

Biogeochemical Cycling uv H O H2O H2O O2 + CO—CO2 O2 O2 OH O3 O OZONE LAYER O2 OXIDATIVE WEATHERING PHYTOPLANKTON CO2

Pembentukan O2 + hv  2O (UV < 240 nm= UV C) 2O + 2O2  2O3 3O2  2O3 Penguraian O3 + hv  O2 + O (UV <290 nm) O3 + O2  2O2 2O3  3O2

Lubang ozon 2ClO2  Cl2O2 Cl2O2 + hv  ClOO + Cl ClOO + M  Cl + O2 + M 2 (Cl + O3  ClO + O2) 2O3  3O2

Reaksi Umum X + O3  XO + O2 O + XO  X + O2 O + O3  2O2 Atau X + O3  XO + O2 XO + O3  X + 2O2 2O3  3O2 X = H, OH, dan NO

Ozon 90% di stratosfir 10% di troposfir Ozon di troposfir NO2 + hv  NO + O (UV <380 nm = UV-A) O + O2  O3 Diikuti reaksi NO + O3  NO2 + O

Bila ada hidrokarbon dalam jumlah tinggi NO + R-OO  NO2 + R-O Bila ada CH4 CH4 + 4O2  CH2O + H2O + 2O3

2.6.4. DAUR NITROGEN Merupakan daur yang paling rumit dalam ekosistem N di atm hanya dapat digunakan dalam bentuk NH4+ atau NO3- N di atm hanya dapat digunakan langsung oleh beberapa bakteri dan alga hijau-biru  amino asam amino  protein Protein binatang dan tumbuhan yang mati didekomposisi menjadi NO3 dan N gas

FIKSASI NITROGEN Konversi N gas menjadi NO3 melalui : Fiksasi elektrokimia (kilat)  35 mg/m2/tahun Fiksasi biologis a. Bakteri : Azotobacter Rhizobium Clostridium Beijerinckia Derxia Rhodospirilum

b. Class Cyanophyceae : Ordo : Nostocales Fam : Nostocaceae Genus : Nostoc Anabena Gleotrichia Trichodesmium

Rhizobiun Simbiose : Leguminosa, Pinus, Ginkgo, Araucaria, Alnis, Casuarina, Myrica, Ceanothus, Coriaria, Eleagnus, Hipphophae, Phycotria, Shepherdia Cyanophycea alga simbiose Akar Cycas, daun Azolla, Anthoceros dan lichens

Fiksasi biologis  700 – 7000 mg N/m2/tahun Menghasilkan energi 20 kcal/molekul N

AMMONIFIKASI Protein  asam amino + amonia (MO) Menghasilkan 176 kcal /mol asam amino Amonia dilepaskan ke udara atau ke dalam tanah, atau dioksidasi jadi nitrat pH tinggi, kapasitas pertukaran kation rendah, kekeringan dan temperatur tinggi mendukung pelepasan amonia dalam bentuk gas ke atmosfit MO yang berperan umumnya actinomycetes dan beberapa species Bacillus (B. subtilis; B mesenterilus)

NITRIFIKASI Konversi amonia menjadi nitrat kembali dengan bantuan MO, terdiri atas 2 tahap: NH3 + 1,5O2  HNO2 + H2O + 66 kcal Nitrosomonas, Nitrospira, Nitrosoglea dan Nitrococcus

HNO3 + 0,5O2  HNO3 + 17,5 kcal Nitrocystis dan Nitrobacter Energi yang dihasilkan digunakan MO dalam asimilasi karbon Fikasai N dan nitrifikaso di laut hampir sama hanya prosesnya lambat

DENITRIFIKASI Sebagian nitrat di dalam tanah direduksi kembali menjadi gas N atau oksida N atau amonia Biasanya berlangsung dalam kondisi anaerob Oksigen dalam molekul nitrat digunakan oleh MO untuk mengoksidasi karbohidrat Beberapa bakteri sulfur dan besi menggunakan oksigen untuk kegiatan kemosintetik

5. Contoh reaksi C6H12O6 +6KNO3  6CO2 + 3H2O + 6KOH + 3N2O + 545 kcal 5C6H12O6 + 24KNO3  30CO2 + 18 H2O + 24 KOH + 12 N + 570 kcal (per mol glukosa)

S + KNO3 + CaCO3  K2SO4 + CaSO4 + CO2 + N2 + 132 kcal (per mol S) Bakteri Bacillus cereus, B licheniformias Pseudomonas denitrificans Thiobacillus denitrificans Micrococcus Acromobacter

- Contoh gangguan : pemupukan dengan N berlebihan  penyuburan (eutrofikasi) pembakaran biomas berlebihan dgn kandungan N tinggi  N2O  ERK PAN (peroxy-acetyl-nitrate) O O CH3 - C - OO + NO2  CH3 - C – CONO2

2.6.5. DAUR SULFUR Sangat mirip dengan daur nitrogen, melibatkan bentuk teroksidasi (SO2) dan tereduksi (H2S), dan tumbuhan hanya dapat menggunakan dalam bentuk sulfat Perbedaan dengan daur nitrogen, sulfur berada di atmosfir sangat pendek, dan sumbernya ada di dalam tanah Sulfur tersedia bagi tanaman karena jasa bakteri sulfur. Sulfur berada di atmosfir sebagian karena aktivitas pembakaran BB fosil.

5. Sulfur dioksida dan hidrogen sulfida kembali ke tanah sebagai asam sulfat  hujan asam 6. Hanya beberapa jenis lichen yang dapat menggunakan sulfur dioksida. 7. Sulfur dalam tubuh organisme dalam bentuk protein. 8. MO yang berperan dalam kondisi a. aerob : Aspergillus Neurospora b. anaerob : Escherichia Proteus

9. Pada kondisi anaerob (tanah yang terendam air) dihasilkan sulfida terutama hidrogen sulfida. RCH2OH + SO4  RCOOH + H2O + S CH2NH2COOH + H2O + SO4  H2S+ HS- + HCO3- + NH4+ Bakteri : Vibrio desulphuricans Aerobacter dan Desulphovibrio

10. Pada daur sulfur, terjadi juga oksidasi sulfur elemental dan sulfida menjadi sulfat oleh bakteri Beggiatoa dan Thiobacillus. 11. Thiobacillus thiooxidans bisa tetap aktif pada kondisi asam dan mengkonversi sulfur menjadi sulfat sampai konsentrasi 10%.

Biogeochemical Cycling S in coal and Organic S in petroleum plants and animals Decomposition by Oxidation bacterial reduction Taken up H2S by lakes S. FIXING Photo and chemo- BACTERIA system SO2 Sulfate

2.6..6 DAUR FOSFOR Agak sederhana, tapi bernilai tinggi  a. sebagai karier utama energi (ATP) b. menimbulkan masalah lingkungan Batuan fosfatik  pelapukan  rantai makanan  dekomposisi Fosfor di udara dalam bentuk partikel Fosfat yang larut dalam air  laut  kembali ke ekosistem terrestrial : pupuk guano; ikan Pemupukan P berlebihan  penyuburan

2.6.7. DAUR ELEMEN LAIN Umumnya mirip hanya dalam konsentrasi kecil Tersedia bagi makhluk hidup karena pelapukan Kariernya air dan udara (angin).