Penjelasan Aliran Energi dan Daur Biogeokimia

Aliran Energi dan Daur Biogeokimia – Di dalam suatu ekosistem terdapat komponen biotik dan abiotik yang saling melengkapi. Dimana dalam ekosistem tersebut terjadi proses transfer energi untuk mempertahankan keberlangsungan makhluk hidup tersebut. Berikut akan dijelaskan tentang aliran energi lebih lengkap!

A.  Aliran Energi dan Daur Biogeokimia

Komponen biotik dan abiotik memiliki banyak peran dalam ekosistem. Selain itu, kedua komponen tersebut berperan dalam proses aliran energi dan daur biogeokimia. Aliran energi merupakan proses berpindahnya energi dari satu organisme ke organisme lainnya. Aliran energi dapat berupa rantai makanan dan jaring-jaring makanan. Daur biogeokimia merupakan daur perpindahan materi dari komponen abiotik ke komponen biotik dan kembali lagi ke komponen abiotik.

1. Rantai Makanan dan Jaring Makanan

Dalam komunitas suatu ekosistem, terjadi proses-proses interaksi di antara anggota populasi-populasinya. Proses interaksi tersebut contohnya adalah proses saling makan dan saling dimakan.

Produsen yang berupa tumbuhan merupakan makanan bagi hewan-hewan herbivora. Hewan-hewan herbivora tersebut dinamakan konsumen primer. Selanjutnya, hewan-hewan herbivora akan dimakan oleh hewanhewan karnivora. Hewan-hewan karnivora tersebut dinamakan konsumen sekunder. Hewan-hewan karnivora dapat dijadikan makanan oleh hewanhewan karnivora lainnya. Kelompok hewan karnivora yang memakan hewan karnivora lainnya disebut konsumen tersier.

Proses makan dan dimakan pada serangkaian organisme disebut sebagai rantai makanan. Dalam ekosistem, jumlah tingkatan konsumen yang terlibat dalam rantai makanan biasanya terbatas, pada umumnya empat sampai lima tingkat. Masing-masing tingkatan tersebut dinamakan tingkatan trofik.

Pada ekosistem, tumbuhan menempati tingkatan trofik pertama, hewanhewan herbivora menempati tingkatan trofik kedua, hewan-hewan karnivora menempati tingkatan trofik ketiga, dan demikian seterusnya.

Dalam ekosistem, aliran energi biasanya tidak sesederhana seperti yang diuraikan dan digambarkan di atas. Proses makan dan dimakan pada umumnya tidak terjadi dalam urutan yang linier, tetapi terjadi dalam proses yang kompleks. Proses rantai makanan yang saling menjalin dan kompleks tersebut dinamakan jaring makanan. Hal ini terjadi karena suatu organisme sering kali memiliki jenis makanan yang banyak.

2. Piramida Ekologi

Dalam rantai makanan, organisme pada tingkatan trofik rendah memiliki jumlah individu lebih banyak. Makin tinggi tingkat trofik, makin sedikit jumlah individunya dalam ekosistem. Jika jumlah individu per satuan luas untuk masing-masing tingkatan tropik digambarkan dalam histogram, akan membentuk semacam piramida yang disebut piramida jumlah.

Piramida-piramida jumlah pada ekosistem-ekosistem yang berbeda tidak dapat dibandingkan satu dengan yang lain. Hal tersebut karena pada masing-masing ekosistem, individu-individu yang terlibat di dalamnya tidak sama. Oleh karena itu, muncul yang disebut piramida biomassa. Piramida biomassa berfungsi menggambarkan perpaduan massa seluruh organisme di habitat tertentu yang diukur dalam gram.

Dari gambar tersebut, dapat diartikan bahwa semakin rendah tingkatan trofik, makin besar biomassanya. Suatu biomassa produsen yang besar, dapat menyokong hidup herbivora dengan biomassa yang lebih kecil.

Piramida biomassa terkadang tidak memberi informasi aliran energi yang cukup pada ekosistem tertentu. Oleh karena itu, piramida energi dibuat berdasarkan penelitian yang mendalam mengenai aliran energi dan mampu memberikan gambaran akurat mengenai aliran energi. Dalam piramida energi terdapat pengurangan energi dalam tiap tingkat trofik yang terjadi karena beberapa makanan tidak dicerna sempurna menjadi energi. Hanya bagian tertentu dari makanan yang dapat dimakan dan hanya sebagian makanan yang disimpan dalam tubuh karena sisanya digunakan sebagai energi.

3. Daur Biogeokimia

Pada waktu produsen dimakan oleh konsumen pertama, materi akan berpindah ke konsumen kedua. Dalam respirasi, karbohidrat akan diubah kembali menjadi CO₂ dan air. Akan tetapi, mineral yang terikat dalam biomassa akan berpindah terus melalui masing-masing tingkatan trofik. Pada waktu organisme mati, kemudian diuraikan oleh pengurai, energinya akan habis, sedangkan mineral akan diubah menjadi bahan anorganik. Mineral anorganik ini kemudian akan dimanfaatkan kembali oleh produsen untuk membentuk biomassanya. Begitulah seterusnya terjadi berulang hingga membentuk suatu daur. Daur materi yang terjadi di alam disebut daur biogeokimia. Daur ini dapat dibedakan berdasarkan materi atau mineral anorganiknya menjadi daur air, daur karbon, daur nitrogen, dan daur fosfor.

a.      Daur Air

Air sangat penting bagi kehidupan manusia, karena makhluk hidup umumnya mengandung air. Seperti daur lainnya, daur air tidak berawal dan tidak berujung. Air yang turun ke bumi berasal dari hujan maupun pencairan es yang membeku. Sebagian air tersebut diserap oleh tumbuhan melalui akar. Setelah beberapa waktu, air dilepaskan dalam bentuk uap air melalui proses transpirasi pada daun. Sebagian lagi diminum hewan dan manusia, kemudian dilepaskan selama respirasi dan ekskresi.

Sebagian air hujan jatuh di kolam atau sungai yang menuju lautan. Air hujan juga diserap oleh tanah dan mengalir di bawah tanah menuju laut. Sebagian besar air akan terkumpul di laut. Proses penguapan air atau evaporasi juga akan terjadi di laut. Melalui evaporasi, uap air akan berkumpul di udara dalam bentuk awan dan akan turun lagi dalam bentuk hujan atau salju. Perhatikan gambar berikut :

a.      Daur Karbon

Karbon dioksida yang banyak terdapat di atmosfer merupakan hasil dari respirasi manusia, hewan, erupsi vulkanik (letusan gunung), dan hasil pembakaran. Fotosintesis pada tumbuhan menggunakan karbon dioksida sebagai bahan bakunya untuk membentuk molekul organik. Molekul organik, seperti selulosa dan karbohidrat lainnya akan digunakan oleh hewan dan manusia melalui proses. Jika hewan atau manusia memakan tumbuhan tersebut, komponen karbon menjadi bagian tubuhnya.

Sebagian karbon dikeluarkan hewan dan manusia melalui ekskresi dan defekasi. Jasad hewan maupun tumbuhan akan diuraikan oleh pengurai yang melepas karbon dioksida ke atmosfer. Terkadang tidak semua hewan dan tumbuhan terurai, namun menjadi fosil seperti batu bara, minyak bumi, dan gas. Bahan-bahan ini akhirnya kembali ke atmosfer karena pengeboran dan penggunaan oleh manusia.

b.      Daur Nitrogen

Nitrogen merupakan elemen penting bagi tubuh karena merupakan pembentuk protein dan asam nukleat. Meski 78% udara di atmosfer adalah nitrogen, namun secara biologis tidak aktif. Hanya sebagian organisme, seperti bakteri dan Cyanobacteria yang dapat menggunakan nitrogen bebas di udara.

Bakteri, seperti Azotobacter sp. mengubah nitrogen di atmosfer menjadi amonia (NH₃). Amonia diubah menjadi senyawa ion nitrit (NO₂-) oleh bakteri tanah yang disebut juga bakteri nitrit. Kemudian, diubah lagi menjadi ion nitrat (NO₃-). Kemudian, tumbuhan akan menyerap senyawa ion nitrit untuk diubah menjadi molekul organik, seperti nukleotida dan asam amino.

Jika tanaman dimakan hewan atau manusia, asam amino akan dimanfaatkan. Sebagian akan dikeluarkan dalam bentuk amino sebagai sisa katabolisme. Setelah hewan dan tumbuhan mati, nitrat diubah menjadi amino lalu menjadi nitrogen bebas oleh bakteri denitrifikasi, seperti Nitrosomonas dan Nitrosococcus.

c.       Daur Fosfor

Makhluk hidup memerlukan fosfor sebagai pembentuk asam nukleat, fosfolipid, dan ATP, serta penyusun tulang dan gigi (pada hewan tingkat tinggi). Di alam, fosfat berada dalam dua bentuk, yaitu senyawa fosfor organik pada makhluk hidup dan senyawa fosfat anorganik (PO₄³⁺) pada air dan tanah. Fosfat yang terkandung di bebatuan terkikis oleh air hujan dan mengendap di tanah. Tumbuhan menggunakan dan membentuknya menjadi senyawa organik bagi konsumen. Melalui ekskresi dan aktivitas dekomposer, fosfat tersebut kembali ke tanah.