ENERGI YANG BERLANJUT DALAM AGROEKOSISTEM

Lecture Flow Energy and The Laws of Thermodynamics Capture od Solar Energy Energy Inputs in Food Production Toward Sustainable Use of Energy in Agroeconomics

The Energetics of Agroecosystems Ecosystems capture and transform energy Agriculture, in essence, is the human manipulation of the capture and flow of energy in ecosystem Humans use agroecosystems to convert solar energy into particular forms of biomass – forms that can be used as food, fiber, and fuel

Energy and The Laws of Thermodynamics What is Energy ? Energy is the ability to do work

ENERGI dan HUKUM TERMODINAMIKA Energi kenetik ialah energi yang digunakan untuk melakukan kerja Energi potensial ialah sisa energi yang tersimpan setelah digunakan untuk melakukan kerja (energi dalam biomasa)

Macam Energi ENERGI POTENSIAL: sisa energi yang tersimpan setelah digunakan untuk melakukan kerja (energi dalam biomasa) Ex: Energi kimia yang tersimpan dalam biomassa KINETIK: energi yang digunakan untuk melakukan kerja Ex: Membajak Gelombang cahaya dari matahari

Termodinamika HUKUM TERMODINAMIKA HUKUM I HUKUM II Energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan Energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain Energi dapat terjadi spontan selama ada penurunan derajat (degradasi) dari suatu sumber konsentrasi tinggi secara menyebar untuk mencapai perataan HUKUM I HUKUM II HUKUM TERMODINAMIKA

Satuan Unit Energi Satuan Definisi Ekivalen Kalori (kal) Jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 0C air sebanyak 1 g (1ml) pada suhu 150C 0,001 kkal 4,187 joule Kilokalori (Kkal) Jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 0C air sebanyak 1 kg (1 liter) pada suhu 150C 1000 kal 4187 joule 3,968 Btu British thermal unit (Btu) Jumlah panas yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 0F air sebanyak 1 pon 252 kal 0,252 kkal Joule Jumlah usaha yang dilakukan dalam memindahkan obyek sejauh 1 m berlawanan dengan gaya 1 N 0,525 kal 0,000252 kal

II. Capture of Solar Energy Primary production

Sumber Energi SUN Plant Herbivora (5x 1020 kal/th) Carnivora I Carnivora II (3x 1019 kal/th)

DEKOMPOSER, TRANSFORMER HUBUNGAN ANTAR KOMPONEN DALAM EKOSISTEM MATAHARI Siklus materi Arus energi KONS I (HERB) KONS II (KARNI) KONS III (OMNI) PRODUSEN BAHAN/ MATERI (NUTRISI) DEKOMPOSER, TRANSFORMER HUBUNGAN ANTAR KOMPONEN DALAM EKOSISTEM RANTAI MAKANAN: TRANSFER ENERGI DAN MATERI MELALUI SERANGKAIAN ORGANISME

Cermin dari kestabilan ekosistem DEKOMPOSER KONSUMEN III KONSUMEN II KONSUMEN I PRODUSEN RANTAI MAKANAN (FOOD CHAIN) JARING MAKANAN (FOOD WEB) Cermin dari kestabilan ekosistem

Secara operasional: Fiksasi Energi Pembentukan bahan organik (Fotosintesis) Produsen dimakan konsumen Degradasi, humifikasi, mineralisasi, digunakan kembali oleh produsen Secara fungsional dapat dianalisis dari segi: Aliran energi Rantai makanan Pola keanekaragaman menurut ruang dan waktu Perkembangan, evolusi dan sibernetika (pengaturan, pengendalian secara keseluruhan)

RANTAI MAKANAN DIATAS PERMUKAAN TANAH DISEBUT RANTAI MAKANAN PENGGEMBALAAN (GRAZING FOOD CHAIN) RANTAI MAKANAN DARI PERMUKAAN TANAH KE BAWAH DISEBUT RANTAI MAKANAN DETRITUS (DETRITUS FOOD CHAIN) HABITAT DAN RELUNG Habitat: alamat, tempat tinggal MH/sekelompok MH yang membentuk komunitas. Sesuai dg syarat hidup MH (dpt mempertahankan hidup), berarti faktor lingkungan berada dalam kisaran antara titik minimum dan maksimum (titik kardinal). Relung (niche): cara untuk hidup, fungsi dan posisi MH dalam suatu habitat, profesi MH pada suatu habitat. Guild: Kelompok organisme memiliki relung sama

AGROEKOSISTEM AGRO: Pertanian, usaha manusia untuk memenuhi kebutuhan hidup melalui produksi biologi MIKRO DAN MAKRO FAUNA MANUSIA IKLIM DAN TANAH TANAMAN

Factors of Agroecosystem Climate (light,rainfall, temperature, humidity) Soil (fertility,erosion,slope) Physical factors Agroecosystem Biological factors Animals, plant, microbia, bacteria, fungi, etc. Factors of Agroecosystem

Factors of Land use system Climate (light,rainfall, temperature, humidity) Soil (fertility,erosion,slope) Physical condition Sosial (culture,religious) Economics (price & market) Political consideration Land use system Human factor Character of production Subsistence/ commercial Factors of Land use system

Primary Production is energy accumulated by plant through photosynthesis Net Primary Production is energy left after the respiration needed to maintain plants ―→ remains as stored biomass

Figure. Efficiency of solar energy-to biomass conversion Figure. Efficiency of solar energy-to biomass conversion. Data from Pimentel et al. (1978), Pimentel et al.(1990), Ludlow (1985)

Energy Inputs in Food Production Sources of Energy for Food Production ECOLOGICAL ENERGY Solar energy CULTURAL ENERGY Energy supplied by humans to optimize production of biomass in agroecosytems INDUSTRIAL CULTURAL ENERGY Exp.: Electricity, gasoline, diesel fuel, natural gas BIOLOGICAL CULTURAL ENERGY Exp: human labor, animal labor, animal manure

Contoh biological cultural Input type (biological cultural) Energy value Human labor (berat) 400-500kcal/hr Human labor (ringan) 175-200 kcal/hr Large draft animal labor 2400 kcal/hr Locally produced seed 4000 kcal/kg Cow manure 1611 kcal/kg Pig manure 2403 kcal/kg Commercial compost 2000 kcal/kg Biogas slurry 17300 kcal/kg

Contoh industrial cultural Input type (industrial cultural) Energy value Machinery 18.000 kcal/kg Gasoline 16.500 kcal/l Diesel 11.450 kcal/l LP Gas 7.700 kcal/l Electricity 3.100 kcal/Kwh Nitrogen 14.700 kcal/kg Phosphorus 3.000 kcal/kg Potassium 1.860 kcal/kg Lime 295 kcal/kg Insecticides 85.680 kcal/kg Herbicides 111.070 kcal/kg

Cultural energy inputs to a traditional shifting cultivation corn crop in Mexico

Energy inputs per hectare for corn production in the United States

Study kasus : energi yang digunakan pada produksi strawberry Modern production Semi modern production

Modern production konvensional production

Strategi untuk memproduksi pangan yang berkelanjutan 1. Meminimalkan penggunaan industrial cultural energy terutama yang tidak bisa diperbaharui Meminimalkan mekanisasi dalam pengolahan tanah Meminimalkan kehilangan air dalam irigasi Rotasi tanaman dan tumpangsari Effisisensi industrial cultural dan mengganti bahan bakar yang bisa diperbarui Jika memungkinkan membangun sumber industrial cultural di lahan pertanian, seperti listrik dari air, angin

2. Meningkatkan pengunaan biological cultural energy Mengembalikan unsur hara yang telah hilang karena panen Penggunaan pupuk kandang untuk menjaga kesuburan tanah Meningkatkan local and on farm pada produksi pertanian, ex: pupuk,benih. Meningkatkan biological control and intregrated pest management Menggunakan mikoriza di lahan produksi tanaman

Pemberian Mikoriza pada tanaman budidaya

Natural Biological Control KLH

Serangan Hama Tikus dan musuh alaminya 1 2

3. Mendesain agroekosistem Menggunakan tanaman legume, pupuk hijau, adanya sistem bero Menggunakan biological pest management dengan cover crop, intercropping dll Menanam tanaman introduksi yang sesuai dengan lingkungan Menggunakan secara bersama – sama windbreaks, hedgerows dan noncrop area dalan sistem tanam Agroforestry

LEGUM COVER CROP pada Tanaman Belum Menghasilkan umur 2 tahun (TBM II) LCC LEGUM COVER CROP pada Tanaman Belum Menghasilkan umur 2 tahun (TBM II) LCC : Centrosema pubescens, Pueraria javanica, Psophocarphus palustries, Calopogonium muconoides

PENGENDALIAN ULAT API & ULAT KANTONG DG TAN TRAP Cassia cobanensis Turnera subulata Monitoring populasi Beneficial plant untuk maintain predator ulat api - Target : rasio 10 m2/Ha Penggunaan pestisida alternatif terakhir Euphorbia heterophylla

Tumpangsari Jagung-kedelai-ketela pohon (Strip cropping)

Hedgerow = alley cropping = budidaya pagar Gliricidia maculata Zea maize Foto: Kurniatun Hairiah

4. Develop energy related indicators of sustainbility the parallel goals of efficiency, productivity and renewability