PRODUKTIVITAS PRIMER

Istilah yang berkaitan dengan Produktivitas Primer daya produksi bahan organik Produktivitas primer daya produksi dari organisme yang dapat berfotosintesis (tumbuhan –fitoplankton)- awal dari rantai makanan  gC/m2/hari atau gC/m3/hari Produksi primer asimilasi (gross production) atau akumulasi (net production) energi dan nutrien oleh tumbuhan hijau dan organisme autotrof lainnya Produksi sekunder produksi (bahan organik) dari organisme konsumer (herbivore, omnivore, karnivore, detritrivore)-zooplankton, zoobenthos, nekton

Standing crop jumlah biota yang ada di suatu lingkungan pada suatu saat tertentu  mg/L, g/m3, atau g/m2 Biomassa berat dari organisme (seluruhnya atau sebagian dari organisme, populasi, atau komunitas)-berat basah, berat kering, berat kering bebas abu.  statis Density - berat atau jumlah suatu bahan dalam gram/cc - jumlah biomassa per satuan luas - berat per satuan volume Yield jumlah bahan organik (tumbuhan atau hewan) yang dihasilkan oleh suatu perairan (danau), secara alami atau dalam pengelolaan

Energi cahaya (ultra violet) FOTOSINTESIS 6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6O2 Bahan-bahan pembentuk sel harus tersedia (N, P, Fe, Si, dll) Total fotosintesis (Gross photosyntesis) = produksi O2 total (Δ O2 botol terang+Δ O2 botol gelap) Net photosyntesis = produksi O2 total minus respirasi selama siang hari Energi cahaya (ultra violet) chlorophyll (pigmen)

Aspek-aspek penting dalam fotosintesis/produksi primer Pasokan energi cahaya - gelombang energi cahaya yang diabsorpsi air dan klorofil berkisar 350-710 nm  PAR (Photosynthesis Active Radiation) - Panjang gelombang () 350-390 nm-sulit menembus air - yang sampai ke dalam air ( : 390-710nm) hanya sekitar 45-50%nya. - ketinggian tempat (altitude) mempengaruhi jumlah cahaya yang sampai ke danau Ketinggian d.p.l (km) Densitas atm (%) 0.9 1.9 2.9 4.0 100 90 80 70 60 Jumlah cahaya yang sampai ke perairan semakin besar

Danau di gunung tinggi menerima cahaya U. V Danau di gunung tinggi menerima cahaya U.V. lebih banyak daripada di dataran rendah - Efek geografik : jumlah radiasi cahaya matahari dalam setahun (kal/cm2/hari) berbeda secara geografis (latitude) - Efek musim : letak geografis  perbedaan musim dalam setahun  perbedaan radiasi - Efek diurnal : pagi atau sore - jarak matahari lebih jauh daripada tengah hari, elevasi cahaya juga lebih rendah (semakin miring) sehingga % cahaya yang dipantulkan semakin besar  intensitas cahaya rendah - Efek lokal : morfologi perairan, arus Penetrasi cahaya: panjang gelombang cahaya tertentu terabsorpsi sebelum mencapai suatu kedalaman > Intensitas cahaya berkurang dengan bertambah dalam > Bahan-bahan terlarut terutama menyerap  cahaya biru > Bahan-bahan tersuspensi  menyerap  cahaya merah

2. Fotosintesis – Energi - Nutrien Pada intensitas cahaya (energi cahaya) rendah, laju fotosintesis berbanding linier dengan intensitas cahaya hingga sampai batas tertentu mencapai maksimal Pada Intensitas cahaya tinggi, fotosintesis (photo-inhibition) dapat terhambat Pada intensitas cahaya cukup, sediaan nutrien (N, P, Si, Fe, dll) dapat menjadi faktor pembatas

Pengukuran Produksi Primer Mengukur produksi primer  mengukur pertumbuhan fitoplankton (algae)  mengukur peningkatan berat kering atau jumlah sel per satuan waktu Masalah: - dalam waktu singkat perubahan berat terlalu kecil - perhitungan jumlah sel sulit - adanya detritus & partikel lain mempersulit Pendekatan: pengukuran terhadap produksi O2 atau CO2 terpakai 1. Metode O2 (Botol gelap-botol terang) Mengukur O2 yang diproduksi dalam fotosintesis selama jangka waktu tertentu (4-6 jam) Kelemahan: tidak sensitif untuk perairan oligotrof karena perubahan O2 terlalu kecil untuk diukur pada selang waktu yang singkat Sebelum uji, sampel disaring dengan plankton net untuk zooplankton (150-300 μ) Tingkat kesalahan 0.2% (≈ ± 0.02 mg O2 /l) bila dilakukan triplo

METODE OKSIGEN UNTUK MENDUGA PRODUKTIVITAS PRIMER Diperlukan 3 botol BOD 2 botol terang 1 botol gelap (D – dark) I (initial) L (light) Ambil sampel pada kedalaman tertentu (dgn Van Dorn sampler atau Kemmerer sampler atau bottle train sampler Masukkan ke dalam ketiga botol BOD sesuai prosedur untuk O2 Ukur kadar O2 di botol I dgn titrasi “Winkler” (misal: I mg/L) Botol L dan D masukkan kembali ke perairan di kedalaman semula, dan biarkan selama 6 jam Ukur kadar O2 di botol L dan D tersebut (setelah 6 jam),  misal masing-masing diperoleh L dan D mg/L

RESPIRASI komunitas plankton, R = I – D mgO2/L/hari PRODUKSI PRIMER BERSIH, NPP = L – I mg O2/L/hari PRODUKSI PRIMER KOTOR, GPP = L – D mgO2/L/hari GPP = NPP + R

Metode 14C (radiocarbon) a. Ambil contoh air yang mengandung fitoplankton di beberapa kedalaman  masukkan kedalam 2 botol terang & 1 botol gelap b. Tambahkan 1ml larutan Na2 14CO3 (14C-labelled carbonate) ke salah satu botol terang & botol gelap (volume 125 ml)  kocok merata, segera inkubasikan ke perairan di kedalaman semula. Biarkan 2 jam (pk 10.00-14.00), Na2 14CO3 yang digunakan mengandung radioaktif 1-10μCi/ml (biasanya 2 μCi/ml) c. Pada 1 botol terang yang tersisa, gunakan sampel untuk mengukur temperatur, pH & Alkalinitas total d. Setelah inkubasi, saring sampel dengan membran filter untuk memekatkan sel-sel fitoplankton. Selanjutnya 14C terassimilasi dihitung dengan “Planchet counting” atau Liquid scintillation (kilauan) counting (Geiger-Muller detector)

Penggunaan botol gelap adalah (fitoplankton) pada saat gelap juga diperhitungkan Metode 14C ini mengukur C-radioaktif yang tersisa dalam sel fitoplankton pada akhir periode inkubasi fotosintesis  sehingga hasilnya mendekati net production Kelemahan metode 14C: - jenis alga tertentu (misal: Chlorella) hancur pada saat filtrasi, sehingga ada sel yang mengandung 14C lolos dari membran dan tak terhitung - Di perairan oligotrofik tertentu mungkin kadar CO2 sangat rendah (± 1% dari NaH14CO3 yang dipakai) sehingga penggunaan (uptake) 14C menjadi lebih tinggi dari seharusnya. - Kadar garam NaCl dari larutan 14C-carbonate yang digunakan dapat meningkatkan salinitas medium dalam botol  mempengaruhi kondisi perairan sampel - Botol-botol yang digunakan perlu diperlakukan hati-hati, agar tak terkontaminasi bakteri atau bahan toksik pembersih

3. Pendugaan Produktivitas primer dengan perubahan pH Dasar pemikiran: - Pada waktu subuh  CO2 hasil respirasi dan dekomposisi terakumulasi sejak petang  pH perairan minimal - Begitu ada matahari  fotosintesis mulai  CO2 diabsorpsi  pH meningkat dengan laju yang dapat diartikan sebagai laju fiksasi CO2 oleh tumbuhan Prosedur berdasarkan teori ini diperkenanalkan oleh - Osterhout & Haas (1918); kemudian oleh More (1939), Dye (1944), & Verduin (1951) dengan perbaikan-perbaikan - Terakhir Verduin (1956) menyempurnakan persamaan, kurva dan nomogram untuk pendugaan produksi primer (dalam “Energy fixation and utilization by natural communities in western Lake Erie”. Ecology 37: 40-50)

Prosedur : Air sampel dari perairan tertentu disaring, kemudian pH diturunkan dengan menambahkan gelembung-gelembung gas CO2  catat pH Titrasi dengan 0.01 N. NaOH sebanyak 0.1 ml, catat pH Ulangi langkah 1. diatas, tetapi usahakan pH sama dengan NaOH yang sama sebanyak 0.1 ml  catat pH Demikian seterusnya, hingga tercatat perubahan pH secara bertahap pada tiap kali penambahan NaOH per 0.1 ml  hingga 0.5 ml Dihasilkan kurva: pH >< penambahan NaOH atau pH >< ∑ CO2 yang diabsorpsi (fotosintesis) Prosedur ini didasarkan atas : Setiap ml NaOH 0.01N akan mengabsorpsi 10 μmol H2CO3 (atau HCO3- pada pH yang lebih tinggi) dan membentuk NaHCO3 (atau Na2CO3) ≈ hal ini mirip dengan yang terjadi saat tumbuhan menyerap CO2 dan HCO3 dalam fotosintesis 1 ml HCl 0.01 N setara dengan 10 μmol CO2 dengan cara yang sama, berbagai sampel dengan pH awal yang berbeda-dititrasi dengan HCl 0.01 N  akan menghasilkan kurva yang menggambarkan penambahan CO2 akibat respirasi dan efeknya terhadap pH

Turn Over number (P/B) : hasil bagi dari produksi tahunan dibagi dengan rata-rata biomassa tahunan I. Faktor Abiotik II. Faktor Biotik Cahaya Temperatur Nutrien Oksigen 5. Kualitas fisika-kimia air lainnya: kekeruhan/Tss, bahan toksik 1. Kompetisi 2. Pemangsaan/grazing

Gross Production: banyaknya bahan organik yang difotosintesis oleh tumbuhan selama jangka waktu dan dalam area atau volume tertentu (=produksi total) Net production: kelebihan produksi setelah produksi total (gross production) dikurangi/digunakan untuk proses (respirasi & mineralisasi) NP = GP-R Respirasi: oksidasi bahan organik oleh tumbuhan & hewan yang dikonversi menjadi energi, merupakan metabolisme aerobik dalam sel Mineralisasi: dekomposisi aerobik atau pemecahan/ penguraian algae yang telah mati (bahan organik mati) secara oksidasi

Respirasi C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O + energi (674 kcal) Tiap 1 mol glukosa yang dibakar (dioksidasi) menghasilkan energi 674 kcal maka :

PUSTAKA Boyd, C. E. 1990. Water quality in ponds for aquaculture. First Printing. Auburn University of Agriculture Experiment Station. Alabama. USA. 359 p. Cole, G.A. 1983. Textbook of limnology. Third Edition. Waveland Press, Inc. USA. 401 p. Golterman, H.L. 1975. Physiological Limnology. Elsevies scientific Publishing co. NY. (chapter 4 & 17) Lind, O. T. 1985. Handbook of Common Method in Limnology. Second Edition. Kendal/Hunt Publishing Company. Iowa. 199 p. Ryding, SOP dan W. Rast. 1989. The control eutrophication lakes and reservoir. Man and the biosphere series, Vol I. The Parthenon Publishing Group. 314 p.