ALIRAN ENERGI DAN DAUR MATERI

Pendahuluan

Suatu ekosistem terdiri dari semua organisme yang hidup dalam suatu komunitas (komponen biotik) serta semua komponen abiotik yang berinteraksi dengan organisme tersebut. Komunitas suatu ekosistem terdiri dari seluruh organisme yang menempati suatu ekosistem yaitu hewan dan tumbuhan. Sedangkan yang termasuk komponen abiotik yaitu semua benda mati yang secara tidak langsung mempengaruhi keberadaan organisme tertentu, seperti: tanah, suhu, air, cahaya, kelembaban, angin, pH, dan lain sebagainya.

Dalam ekosistem tidak ada makhluk hidup yang mampu menyusun zat makanannya sendiri untuk memenuhi kebutuhan hidupnya kecuali tumbuhan hijau. Kebutuhan hidup organisme diperoleh dari lingkungan melalui hubungan timbal balik antara organisme satu dengan organisme lainnya atau organisme satu dengan lingkungan abiotiknya

Rantai Makanan

Untuk kelangsungan hidupnya semua organisme membutuhkan energi. Energi diperoleh dari bahan organik. Bahan organik yang mengandung energi dihasilkan oleh organisme autotrof atau tumbuhan hijau dengan bantuan energi cahaya matahari dan karbondioksida (CO2) serta air (H2O) melalui proses fotosintesis. 
Energi yang berasal dari bahan organik disebut energi kimia, dan energi ini akan mengalami perpindahan dari organisme satu ke organisme yang lain. 

Proses perpindahan materi dan energi melalui peristiwa makan dan dimakan suatu organisme dengan urutan tertentu disebut rantai makanan.

Tiap tingkat dari rantai makanan dalam suatu ekosistem disebut tingkat trofik. Pada tingkat trofik pertama adalah organisme yang mampu menghasilkan zat makanan yaitu tumbuhan hijau atau organisme autotrof dengan kata lain sering disebut produsen.

Organisme autotrof yaitu organisme yang dapat membuat bahan organik sendiri dengan bantuan cahaya matahari melalui proses fotosintesis, seperti tumbuhan dan fitoplankton. 

Tetapi ada beberapa jenis organisme autotrof yang tidak menggunakan energi matahari untuk membuat bahan organik, melainkan dengan zat kimia yang disebut kemoautotrof, misalnya bakteri sulfur, bakteri besi.

Tingkat selanjutnya yang merupakan tingkat trofik kedua yaitu hewan pemakan tumbuhan yang disebut herbivora atau konsumen primer.

konsumen primer 

 Untuk tingkat trofik ketiga adalah hewan pemakan konsumen primer yang disebut konsumen sekunder, terdiri dari hewan-hewan karnivora atau pemangsa hewan lainnya. Sedangkan konsumen tersier terdiri dari hewan pemakan konsumen sekunder yang menempati tingkat trofik keempat, dan seterusnya hingga membentuk puncak piramida.

Jumlah tingkat trofik antar ekosistem yang satu dengan ekosistem yang lain tidak selalu sama.

Macam Rantai Makanan

Berdasarkan komponen tingkat trofiknya, rantai makanan ada dua macam yaitu:

Rantai makanan perumput. 

Yaitu rantai makanan dimana tingkat trofik pembentuk rantai makanan terdiri dari produsen atau tumbuhan hijau. 

Misalnya: padi ---? belalang --? katak ---? ular ---? burung elang 

Rantai makanan detritus 

Yaitu rantai makanan dimana tingkat trofik pembentuk rantai makanan terdiri dari detritus. 
Misalnya : detritus ---> cacing tanah --? burung jalak putih -? burung elang

Detritus adalah fragmen (hancuran) dari organisme (hewan dan tumbuhan) yang mati dan sisa organisme seperti: kotoran hewan, daun, ranting yang gugur yang diuraikan oleh pengurai (dekomposer).

Kemudian yang termasuk Organisme pemakan detritus disebut detritivor, misalnya cacing, rayap, keluwing dan sebagainya.

Jaring-jaring Makanan

Dalam suatu ekosistem umumnya tidak hanya terdiri dari satu rantai makanan, akan tetapi banyak rantai makanan. Tumbuhan hijau tidak hanya dimakan oleh satu organisme saja, tetapi dapat dimakan oleh berbagai konsumen primer. Misalnya: bunga sepatu daunnya dimakan ulat, ulat juga makan daun sawi. Daun sawi juga dimakan belalang, belalang dimakan katak dan burung pipit, burung pipit juga makan ulat, burung pipit dimakan burung elang. Daun sawi juga dimakan oleh tikus, tikus dimakan oleh burung elang. Akibatnya dalam suatu ekosistem tidak hanya terdapat satu rantai makanan saja tetapi banyak bentuk rantai makanan. Rantai-rantai makanan yang saling berhubungan antara satu dengan yang lain disebut jaring-jaring makanan.

Aliran Energi dan Materi

Aliran energi dan materi dapat terjadi apabila ada peristiwa makan dan dimakan antara komponen biotik dalam suatu ekosistem yang berarti terjadi perpindahan materi dan energi dari makhluk hidup satu ke makhluk hidup lainnya. Perpindahan materi atau zat dan energi dari makhluk yang satu ke makhluk yang lain disebut aliran materi dan energi.

Sumber energi utama bagi semua kehidupan di bumi adalah energi cahaya matahari. Dan hanya tumbuhan hijau yang dapat memanfaatkan energi matahari untuk aktivitas hidupnya melalui proses fotosintesis. Energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, tetapi dapat berubah dari bentuk yang satu ke bentuk yang lainnya. Berdasarkan hal tersebut maka energi matahari yang telah digunakan oleh makhluk hidup tidak akan kembali ke matahari lagi, tetapi akan lepas ke alam bebas karena peristiwa radiasi dan tidak dapat dimanfaatkan oleh kehidupan. Peristiwa perpindahan energi dalam ekosistem disebut aliran energi, dan karena perpindahan energi hanya satu arah saja, maka pada energi tidak ada siklus energi.

Daur Materi

Daur materi merupakan siklus perubahan dan perpindahan materi yang terjadi dalam suatu rantai makanan.

Sumber materi utama adalah planet bumi. Materi (H2O / air dan CO2 / karbondioksida) yang diserap oleh tumbuhan akan diubah menjadi karbohidrat melalui proses fotosintesis yang terjadi di daun dengan bantuan klorofil dan energi dari matahari. Secara sederhana reaksinya adalah:

6 H2O + 6 CO2 -------> C6H12O6 + 6 O2

Secara berturut- turut materi tersebut akan berpindah dari makhluk hidup yang satu ke makhluk yang lain dan suatu saat akan kembali ke bumi. Setelah mengalami berbagai proses akan kembali menjadi air (H2O) dan CO2 yang dapat dimanfaatkan kembali oleh tumbuhan hijau, selanjutnya akan memasuki tubuh organisme lain. Jadi materi memiliki siklus, misalnya siklus Karbon atau daur karbon. 

Daur Karbon

Sumber karbon di alam bebas adalah gas karbon dioksida (CO2), yang banyak terdapat bebas di udara, maupun yang terlarut di dalam air serta terdapat di kerak bumi dalam bentuk batu bara dan minyak bumi (bahan bakar minyak).

Karbon dioksida masuk ke dalam ekosistem melalui produsen. Produsen yang terdapat di darat atau di perairan menggunakan CO2 untuk membentuk senyawa organik yaitu karbohidrat melalui proses fotosintesis. Senyawa organik yang dihasilkan produsen ini menjadi sumber makanan bagi organisme heterotof khususnya herbivora. Apabila herbivora dimakan oleh karnivora maka senyawa organik dari herbivora akan diubah menjadi bentuk lain. Respirasi dari organisme seperti tumbuhan, hewan maka akan membebaskan karbon dioksida ke udara bebas. Dan jika tumbuhan, hewan, serta manusia yang mati akan di uraikan, salah satunya akan menjadi karbon dioksida.

Daur Materi

Daur materi merupakan siklus perubahan dan perpindahan materi yang terjadi dalam suatu rantai makanan.

Sumber materi utama adalah planet bumi. Materi (H2O / air dan CO2 / karbondioksida) yang diserap oleh tumbuhan akan diubah menjadi karbohidrat melalui proses fotosintesis yang terjadi di daun dengan bantuan klorofil dan energi dari matahari. Secara sederhana reaksinya adalah:

6 H2O + 6 CO2 -------> C6H12O6 + 6 O2

Secara berturut- turut materi tersebut akan berpindah dari makhluk hidup yang satu ke makhluk yang lain dan suatu saat akan kembali ke bumi. Setelah mengalami berbagai proses akan kembali menjadi air (H2O) dan CO2 yang dapat dimanfaatkan kembali oleh tumbuhan hijau, selanjutnya akan memasuki tubuh organisme lain. Jadi materi memiliki siklus, misalnya siklus Karbon atau daur karbon. 

Produktivitas Primer

Produktivitas primer adalah kecepatan tumbuhan mengubah energi cahaya menjadi energi kimia dalam bentuk bahan organik. Energi cahaya matahari merupakan sumber energi utama bagi makhluk hidup, dan hanya sebagian kecil energi cahaya matahari yang dapat diserap oleh tumbuhan hijau. Total produktivitas primer disebut juga produktivitas primer kotor (PPK).

Tidak semua produktivitas disimpan sebagai bahan organik tetapi sebagian akan digunakan oleh tumbuhan untuk proses respirasi sellulernya. Produktivitas primer bersih (PPB) adalah produktivitas primer kotor (PPK) dikurangi energi untuk respirasi (R). Produktivitas primer untuk setiap ekosistem berbeda, karena banyaknya produk ekosistem tersebut sangat tergantung pada kemampuan komponen ekosistem dalam menyusun zat organik. Pengukuran produktivitas sulit dilakukan, pengukuran yang lebih mudah yaitu menelusuri perpindahan energi makanan dari satu organisme ke organisme lainnya. Misalnya menghitung berapa helai daun yang dimakan ulat, berapa fitoplankton yang dimakan kopepoda, atau berapa ekor tikus yang dimakan burung hantu.

Produktivitas sekunder

Produktivitas sekunder adalah kecepatan organisme heterotrof atau konsumen mengubah energi kimia menjadi simpanan energi kimia baru.

Konsumen dapat menggunakan bahan organik yang tersimpan pada organisme autotrof (produsen) sebagai bahan makanan. Dari bahan makanan tersebut konsumen mendapatkan energi yang akan dimanfaatkan untuk melakukan aktivitas hidup dan disimpan dalam bentuk makanan cadangan. Misalnya: ayam memakan biji jagung, berarti energi kimia yang tersimpan dalam biji jagung berpindah ke ayam. Perpindahan energi biasanya akan melepaskan sedikit energi dalam bentuk panas. Sebagian energi kimia yang dimakan oleh ayam akan digunakan untuk kegiatan hidupnya dan sebagian lagi akan disimpan dalam jaringan sebagai energi potensial berupa bahan makanan cadangan. Kemudian ayam akan dimakan oleh ular dan selanjutnya ular akan dimakan oleh burung elang. Burung elang akan mati lalu diuraikan oleh pengurai dan pengurai memperoleh energi kimia terakhir yang terkandung pada tubuh burung elang yang mati.

Dengan demikian produktivitas sekunder akan menjadi berkurang pada saat terjadi perpindahan energi dari satu tingkat trofik ke tingkat trofik berikutnya, sehingga energi kimia yang tersedia bagi konsumen tingkat tertinggi semakin berkurang. Artinya semakin pendek suatu rantai makanan, semakin sedikit kehilangan energi yang dapat digunakan, sehingga produktivitas sekunder makin besar.

Piramida Ekologi

Piramida ekologi yaitu suatu diagram piramida yang dapat menggambarkan hubungan antara tingkat trofik satu dengan tingkat trofik lain, secara kuantitatif pada suatu ekosistem. Pada piramida ini organisme yang menempati tingkat trofik bawah relatif banyak jumlahnya. Makin tinggi tingkat trofiknya jumlah individunya semakin sedikit . 


Tingkat trofik tersebut terdiri dari produsen, konsumen primer, konsumen sekunder, konsumen tertier. Produsen selalu menempati tingkat trofik pertama atau paling bawah. Sedangkan herbivora atau konsumen primer menempati tingkat trofik kedua, konsumen sekunder menempati tingkat trofik ketiga, konsumen tertier menempati tingkat trofik ke empat atau puncak piramida.

Piramida ekologi terdiri dari piramida energi, piramida biomassa, piramida jumlah.

Piramida Energi

Piramida energi adalah piramida yang menggambarkan hilangnya energi pada saat perpindahan energi makanan di setiap tingkat trofik dalam suatu ekosistem. 

Pada piramida energi tidak hanya jumlah total energi yang digunakan organisme pada setiap taraf trofik rantai makanan tetapi juga menyangkut peranan berbagai organisme di dalam transfer energi . Dalam penggunaan energi, makin tinggi tingkat trofiknya maka makin efisien penggunaannya. Namun panas yang dilepaskan pada proses tranfer energi menjadi lebih besar. Hilangnya panas pada proses respirasi juga makin meningkat dari organisme yang taraf trofiknya rendah ke organisme yang taraf trofiknya lebih tinggi. 

Sedangkan untuk produktivitasnya, makin ke puncak tingkat trofik makin sedikit, sehingga energi yang tersimpan semakin sedikit juga. Energi dalam piramida energi dinyatakan dalam kalori per satuan luas per satuan waktu. 

Piramida Biomassa 

Piramida biomassa yaitu suatu piramida yang menggambarkan berkurangnya transfer energi pada setiap tingkat trofik dalam suatu ekosistem. 

Pada piramida biomassa setiap tingkat trofik menunjukkan berat kering dari seluruh organisme di tingkat trofik yang dinyatakan dalam gram/m2. Umumnya bentuk piramida biomassa akan mengecil ke arah puncak, karena perpindahan energi antara tingkat trofik tidak efisien. Tetapi piramida biomassa dapat berbentuk terbalik. Misalnya di lautan terbuka produsennya adalah fitoplankton mikroskopik, sedangkan konsumennya adalah makhluk mikroskopik sampai makhluk besar seperti paus biru dimana biomassa paus biru melebihi produsennya. Puncak piramida biomassa memiliki biomassa terendah yang berarti jumlah individunya sedikit, dan umumnya individu karnivora pada puncak piramida bertubuh besar. 

Piramida Jumlah 

Yaitu suatu piramida yang menggambarkan jumlah individu pada setiap tingkat trofik dalam suatu ekosistem. 

Piramida jumlah umumnya berbentuk menyempit ke atas. Organisme piramida jumlah mulai tingkat trofik terendah sampai puncak adalah sama seperti piramida yang lain yaitu produsen, konsumen primer dan konsumen sekunder, dan konsumen tertier. Artinya jumlah tumbuhan dalam taraf trofik pertama lebih banyak dari pada hewan (konsumen primer) di taraf trofik kedua, jumlah organisme kosumen sekunder lebih sedikit dari konsumen primer, serta jumlah organisme konsumen tertier lebih sedikit dari organisme konsumen sekunder.