Dokumen tersebut membahas tentang siklus biogeokimia, terutama siklus karbon, nitrogen, fosfor, dan sulfur. Siklus-siklus tersebut melibatkan berbagai organisme dan proses seperti fiksasi nitrogen oleh bakteri, dekomposisi oleh bakteri pengurai, dan asimilasi hara oleh tumbuhan dan hewan. Dokumen juga membahas dampak aktivitas manusia terhadap ketidakseimbangan siklus biogeokimia, seperti pertambangan

1. DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
UNIVERSITAS HASANUDDIN
FAKULTAS ILMU KELAUTAN DAN PERIKANAN
Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Kampus Unhas Tamalanrea Makassar, 90245
Tlp. 586025, Fax. 586025
EKOLOGI PERAIRAN
SIKLUS BIOGEOKIMIA
Prof. Dr. Ir. Ambo Tuwo, DEA.
Fakultas Ilmu Kelautan dan Perikanan - Universitas Hasanuddin
Makassar
2011

2. POLA & TIPE DASAR SIKLUS
BIOGEOKIMIA
 Bio ⇒ Organisme Hidup
 Geokimia ⇒ Secara ekologi diartikan sebagai unsur-unsur
kimia yang terbentuk dari hasil penguraian & dekomposisi
dari berbagai macam material di permukaan bumi secara
teratur
 Biogeokimia ⇒ Secara ekologi diartikan sebagai kajian
tentang daur atau peredaran materi secara timbal balik
antara komponen hidup & komponen tidak hidup
 Di dalam biosfer terdapat + 90 unsur kimia
 30 - 40 diantaranya sangat penting bagi kehidupan

3. POLA & TIPE DASAR SIKLUS
BIOGEOKIMIA
 Keterkaitan antara Siklus Biogeokimia (Aliran Material/Nutrien)
dan Aliran Energi dalam suatu Ekosistem
 Aliran energi
berjalan satu arah
 Aliran
material/nutrien
bersiklus
 Unsur hara yg
terlibat dlm siklus
biogeokimia beredar
lebih cepat diban-
dingkan dgn unsur
hara yg berada pd
sumbernya (cadagan
hara)
 Tiga unsur yang sangat penting dalam ekologi adalah fosfor,
sulfur dan nitrogen

4. POLA & TIPE DASAR SIKLUS BIOGEOKIMIA
 Siklus Materi
 Materi (unsur-unsur
hara bagi kehidupan
seperti karbon, nitro-
gen, fosfor, dsb-nya)
dapat dipergunakan
secara berulang
 Komunitas Organisme
 Pengalir energi dan
pendaur materi

5. POLA & TIPE DASAR SIKLUS
BIOGEOKIMIA
 SIKLUS NITROGEN (N)
 Mikroorganisme berperan
penting dlm siklus N
 N dipecah dari bentuk
organik ke anorganik oleh
bakteri pengurai
 Hasil rombakan bakteri
berupa amoniak & nitrat
dapat diserap langsung
oleh tumbuhan
 N masuk ke udara dgn
bantuan bakteri denitrifikasi
 N dikembalikan ke dlm
siklus melalui fiksasi bakteri
& mikroorganisme pengikat
nitrogen
 N udara dpt diikat oleh bakteri bebas & simbion
 Bakteri bebas ⇒ Azotobacter (Aerob) & Clostridium (Anaerob)
 Bakteri simbion ⇒ Rhizobium (Bersimbiosis dgn Leguminoseae),
Actinomycetes (dgn akar tumbuhan non Leguminoseae),
Rhodospirillum (Bakteri fotosintetik), Pseudomonas (Bakteri tanah)

6. POLA & TIPE DASAR SIKLUS
BIOGEOKIMIA
 Komunitas Biota
mengasimilasikan +
1000 teragram N
per tahun (I tg = 106
Ton)
 80 % Berasal
dari hasil daur
ulang pd strata
lahan & air
 20 % merupa-
kan input baru
yg berasal dari
N atmosfir me-
lalui fiksasi N
 Jika kandungan N tinggi ⇒ Bakteri nitrifikasi terhambat aktivitasnya
dalam merombak amoniak menjadi nitrat, sehingga terjadi
penimbunan amoniak dlm tanah
 Hal ini selain mengganggu siklus N, juga mangganggu kehidupan
organisme lain karena amoniak bersifat racun

7. POLA & TIPE DASAR SIKLUS
BIOGEOKIMIA
 Siklus Nitrogen pada ekosistem darat dan laut

8. POLA & TIPE DASAR SIKLUS
BIOGEOKIMIA
 SIKLUS FOSFOR (P)
 P merupakan
penyusun penting
dari protoplasma
 P merupakan
makronutrien yg
sangat rawan/
terbatas
 Sumber P terbesar
adalah batuan
endapan fosfat yg
tercuci/tererosi/
terlepas sedikit demi
sedikit & masuk ke 1: tanaman; 2: hewan; 3: bakteri
dlm ekosistem pengurai; 4: bakteri sintesis P; 5: P
terlarut; 6: endapan P di laut dangkal; 7:
 P merupakan elemen P yg hilang sbg endapan; 8: ikan burung
yg lebih langka & laut; 9: batuan P, deposit Guano &
dibandingkan dengan fosil tulang; 10: sintesis protoplasma; 11:
N (dlm air 1 : 23) ekskresi; 12: tulang & gigi.

9. POLA & TIPE DASAR SIKLUS
BIOGEOKIMIA
 Aliran P ke laut lebih besar dari
pada aliran P ke darat
 P banyak mengendap di dasar laut
dangkal & dalam
 Penambangan P dan pabrik pupuk
P mempercepat laju aliran P dari
darat ke laut
 Manusia menambang 1 - 2 juta ton
batuan P per tahun utk pupuk,
dimana sebagian besar hilang
tercuci ke laut
 Manusia hanya mengembalikan P
sekitar 60.000 ton/thn dari hasil
penangkapan ikan 1: tanaman; 2: hewan; 3: bakteri
pengurai; 4: bakteri sintesis P; 5: P
 Burung laut mempunyai peranan terlarut; 6: endapan P di laut dangkal;
penting dlm proses pengembalian P 7: P yg hilang sbg endapan; 8: ikan
dari laut ke darat burung laut; 9: batuan P, deposit
 Timbunan kotoran (Guano) burung Guano & fosil tulang; 10: sintesis
laut di pantai Peru mengandung protoplasma; 11: ekskresi; 12: tulang
banyak P & gigi.

10. POLA & TIPE DASAR SIKLUS
BIOGEOKIMIA
 Siklus fosfor pada ekosistem darat dan laut

11. POLA & TIPE DASAR SIKLUS
BIOGEOKIMIA
 SIKLUS SULFUR (S)
 Sedimen
merupakan
sumber utama
S
 Hanya sedikit
S yg berasal
dari atmosfir
 Peranan
mikroorganis-
me sangat
penting pd
siklus S
 Mikroorganis-
me berperan
dlm oksidasi
& reduksi S

12. KAJIAN KUANTITATIF DARI SIKLUS BIOGEOKIMIA
 Laju perpindahan unsur dari satu komponen ke komponen lain lebih
berperan dlm penentuan struktur & fungsi ekosistem dari pd jumlah unsur
yg terdapat pd suatu ekosistem
 Untuk memahami peranan suatu unsur, maka kita harus mengetahui laju
peredaran materi secara kuantitatif
 Konsep daur ulang atau turn-over sangat penting dlm memahami/
mempelajari/membandingkan laju pertukaran unsur pd berbagai komponen
dlm suatu ekosistem
 Daur ulang adalah perbandingan antara materi yg beredar & yg terkandung
dlm suatu ekosistem
 Laju daur ulang adalah jumlah unit senyawa yg keluar dari suatu komponen
dibagi dgn jumlah unit senyawa yg terdapat dlm komponen pd suatu waktu
tertentu
 Waktu daur ulang adalah waktu yg diperlukan utk mengganti semua unit
senyawa yg terdapat pd suatu komponen
 Contoh :
 Jika 1000 unit senyawa terdapat di dalam komponen dan 10 unit
senyawa keluar atau masuk setiap jam, maka :
 Laju daur ulang =10 / 1000 = 0,01 per jam atau 1 % per jam
 Waktu daur ulang = 1000 / 10 = 100 jam

13. KAJIAN KUANTITATIF DARI SIKLUS BIOGEOKIMIA
 Pada umumnya waktu daur ulang air & unsur pd suatu danau
kecil atau dangkal hanya memerlukan waktu beberapa hari
atau minggu, sedangkan utk danau besar memerlukan sampai
berbulan-bulan
Waktu Daur
Keda- Ulang Rasio antara P
Luas
Danau laman yg mengalir &
(Km2) Sedi-
(m) Air P total dlm air
men
Bluf 0,40 7,0 5,4 34 6,4
Punch-
0,30 6,0 7,6 37 4,7
borts
Crecy 2,04 3,8 17,0 176 8,4

14. KAJIAN KUANTITATIF DARI SIKLUS BIOGEOKIMIA
 Peredaran unsur tdk
kontinyu & tdk linier
 Ada dua gudang fosfor ⇒
Sedimen & detritus
 Ada tiga komponen paling
aktif ⇒ Air, Spartina/
Rumput Rawa & Organisme
pemakan detritus
 Ada dua koefisien variable
yaitu (D)t & (C)t
 Koefisien ini mengikuti  Angka dlm kotak menunjukkan
siklus musim dlm hal cadangan tetap (Standing Stocks)
pelepasan fosfor dlm mg P/m2
 Pada musim panas fosfor  Angka pd panah menunjukkan
diserap oleh akar rumput- aliran dlm mg P/m3/hari
rumputan dari dalam zona
anaerob (jenuh)  Angka dlm kurung
menunjukkan variabel transfer
rata-rata

15. TERIMA KASIH

16. BIOGEOKIMIA DI DAERAH ALIRAN SUNGAI (DAS)
 Perairan bukan suatu sistem tertutup,
melainkan suatu bagian dari sistem
daerah aliran sungai yg lebih besar
 Model kuantitatif dari siklus atau aliran
unsur pada DAS dpt diprediksi atau
diperkirakan
 Contoh budget kalsium pd DAS New
Hampshire
 Masukan
 Dari air hujan + 3 kg/ha/thn
 Dari hasil pelapukan tanah &
butuan + 5 kg/ha/thn
 Keluaran
 Keluar bersama aliran air sungai
adalah + 8 kg/ha/thn
 Kesimpulan
 Aliran masuk & keluar unsur
kalsium seimbang

17. BIOGEOKIMIA DI DAERAH ALIRAN SUNGAI (DAS)
 DAS yg tdk mengalami
kerusakan ⇒ aliran masuk & ke- 
luar seimbang atau relatif sama Contoh :
 DAS yg mengalami kerusakan  Kerusakan hutan menye-
hutan akan terjadi babkan kehilangan
ketidakseimbangan mineral 3 - 15 kali
 Kerusakan hutan
menyebabkan
kehilangan kalsium (Ca)
6 kali lipat & nitrogen (N)
15 kali lipat
 Pemulihan populasi
hutan akan mengurangi
laju kehilangan nutrien
 Diperlukan waktu 3 – 5
thn utk memulihkan atau
menyeimbangkan budget
 Diperlukan 10 – 20 thn
utk mengembalikan ke

18. SIKLUS KARBON (C0 2 )
 Jumlah cadangan karbon
di atmosfir sgt kecil
dibandingkan dgn yg ada
di laut, minyak bumi &
cadangan lain yg ada di
dlm kerak bumi
 Saat ini kandungan
karbon di udara terus
meningkat krn adanya
masukan baru yg berasal
dari aktivitas industri, Angka dinyatakan dlm 109 Ton
pertanian & penebangan
hutan
 Pada masa pra-industrialisasi peredaran atau siklu karbon di
atmosfir, daratan & laut selalu seimbang (garis tebal)
 Pada masa industrialisasi terjadi ketidakseimbangan karena ada
masukan baru dari aktivitas agroindustri (garis putus-putus)
 Kapasitas pengaliran CO2 oleh tumbuhan hijau melampaui
kemampuan kontrol Cybernetik

19. SIKLUS KARBON (C0 2 )
 Jalur Siklus Karbon
 Jalur utama siklus karbon adalah dari atmosfer ke
organisme hidup kemudian kembali ke atmosfer
Mula-mula CO2 diserap oleh tanaman utk membentuk
senyawa organik dgn bantuan sinar matahari
 Senyawa organik ini akan digunakan oleh konsumen,
sehingga terjadi pembebasan CO2 ke atmosfer atau ke
dalam air
 Organisme saprotrof menyempurnakan proses
pelepasan karbon dari kotoran atau organisme yg mati
 Kadang-kadang proses pembebasan (penguraian) yg
dilakukan oleh saprotrof ini berjalan lambat, sehinga
senyawa karbon dpt menumpuk dlm bentuk gambut,
batu bara & minyak bumi
 Beberapa organisme laut (Hewan Karang) dpt
memanfaatkan karbon utk membentuk batuan (batu
karang) sehinga karbon tertimbun sebagai batuan

20. SIKLUS KARBON (C0 2 )
 1800 (awal revolusi industri) CO2 di atmosfir + 290 ppm
 1958 CO2 di atmosfir menjadi + 315 ppm
 1980 CO2 di atmosfir menjadi + 335 ppm
 Pertengahan abad ini diperkirakan menjadi + 670 ppm
 Akibatnya akan terjadi kenaikan suhu 1,5 – 4,5oC
 Akan diikuti dgn kenaikan permukaan air laut & perubahan
pola curah hujan yg akan mengganggu produksi pertanian
 Bentuk senyawa karbon lainnya di atmosfir
 Karbon Monoksida (CO) ⇒ 0,1 ppm & Metan (CH4) ⇒ 1,6 ppm
 Waktu peredaran kedua gas ini singkat
 CO ⇒ 0,1 tahun dan CH4 ⇒ 3,6 tahun
 Keduannya berasal dari proses dekomposisi bahan
organik secara anaerob
 Gas CH4 berperan dlm mempertahankan kestabilan

21. SIKLUS KARBON (C0 2 )
 SIKLUS CO2 SEBELUM ERA INDUSTRIALISASI

22. SIKLUS KARBON (C0 2 )
 SIKLUS CO2 PADA ERA INDUSTRIALISASI

23. SIKLUS KARBON (C0 2 )
Konsentasi CO2 di atmosfir Mauna Loa Hawai

24. SIKLUS AIR
 Jumlah air yg ada di atmosfir sgt kecil, namun mempunyai
kecepatan daur ulang yg cepat
Angka dinyatakan dlm geogram (1020 gram)

25. SIKLUS AIR
 Siklus hidrogen
mempunyai dua arah
⇒ ke atas & ke bawah
 Gerakan ke atas
membutuhkan energi
(energi matahari)
 Gerakan ke bawah
melepaskan energi ke
danau, sungai, lahan
basah, serta sbg sumber
energi hidrolistrik
 90% dari air hujan yg menyokong ekosistem daratan
berasal dari penguapan air laut
 Sepertiga dari energi matahari digunakan utk mengalirkan
air ke atas (epavorasi & transpirasi)
 Perubahan iklim akan menyebabkan perubahan aliran ke
atas shg layanan gratis (subsidi energi) ini akan hilang

26. SIKLUS AIR

27. SIKLUS AIR
 Bagian Hulu
 Terlindung vegetasi,
sempit & dangkal ⇒
Produktivitas rendah
 Tergantung pd suplai BO
⇒ Perbandingan P/R < 1
(Ekositem Heterotrof) ⇒
detritivor dominan
(diversitas rendah)
 Bagian Tengah Kontinum Sungai
 Tdk terlindung & lebih lebar ⇒ Produktivitas tinggi
 Partikel BO berukuran sedang & didominasi oleh hewan penyaring
 Tdk tergantung pd suplai BO ⇒ Perbandingan P/R > 1 (Ekositem
Autotrof) ⇒ Organisme Autotrof (algae & macrophyta) melimpah
(diversitas cukup tinggi)
 Bagian Hilir
 Produktivitas rendah ⇒ Perbandingan P/R < 1 (Eko. Heterotrof)
 Diversitas sangat rendah

28. SIKLUS SEDIMEN
 Siklus sedimen
merupakan siklus dari
unsur pembentuk bumi
 Siklus unsur pembentuk
bumi mengikuti pola siklus
pembentukan
pegunungan, aktivitas
vulkaniK, erosi,
sedimentasi & transpor Jumlah mineral diestimasi dlm
secara biologis satuan geogram per satu juta thn
 Peredaran benda padat melalui udara (dlm bentuk debu) akan jatuh
ke bumi sebagai hujan debu
 Fall-out atau jatuh alami umumnya berasal dari gunung api,
badai yg membawa debu & kebakaran hutan
 Fall-out buatan yg berasal dari aktivitas manusia (seperti
penggalian uranium) secara ekologis sgt berbahaya karena
dapat menimbulkan keracunan
 Fall-out buatan dapat mengurangi penetrasi cahaya sehingga
menyebabkan penurunan suhu bumi

29. SIKLUS SEDIMEN
 Perkiraan Arus Tahunan Sedimen dari Daratan ke Laut
Daerah Pelepasan
Total
Daratan Drainase Sedimen
(109 Ton )
(106 Mil2) (Ton/Mil2)
Amerika Utara 8,0 245 1,97
Amerika
7,0 160 1,20
Selatan
Afrika 7,7 70 0,54
Australia 2,7 115 0,23
Eropah 3,6 90 0,32
Asia 10,4 1 530 15,91
Daratan Asia yg terpadat penduduknya mengalami paling
banyak kehilangan tanah

30. SIKLUS UNSUR-UNSUR NON
ESENSIAL
 Dalam kondisi normal, unsur-unsus non esensial punya
pengaruh yg sgt kecil dlm ekosistem
 Konsentrasinya meningkat setelah terjadi campur tangan
manusia melalui aktivitas industri kimia, pertambangan &
pertanian
 Limbah industri yg mengandung zat organik yg beracun,
seperti merkuri, timbal & bahan berbahaya lainya setelah
masuk ke dlm lingkungan dpt mengancam kehidupan
 Strontium merupakan unsur yg hampir tdk dikenal
sebelumnya, namun setelah unsur ini digunakan dlm
industri senjata nuklir, maka unsur ini mulai mendapat
perhatian
 Strontium mempunyai sifat yg sama dgn kalsium sehingga
berbahaya bagi manusia & hewan vertebrata krn dpt
berkontak langsung dgn jaringan pembentuk darah &
tulang

31. SIKLUS UNSUR-UNSUR NON ESENSIAL
 Merkuri merupa-
kan unsur alami
yg konsentrasi-
nya sangat kecil
dlm kondisi
normal
 Konsentrasinya
meningkat sete-
lah dimulainya
industrialisa-si &
penambangan
 Penambangan &  Jumlah cadangan merkuri dinyatakan dlm 10 8
pencemaran gm/tahun & siklus merkuri dlm 10 gm/tahun
8
(Garis putus-  Angka dlm kurung menunjukan kondisi
sebelum ada campur tanggan manusia
putus) telah
meningkatkan aliran ke atmosfer sebanyak + 60%

32. TERIMA KASIH