Proses membuka dan menutupnya Stomata

Proses Membuka dan Menutupnya Stomata pada Tumbuhan

Oleh :

Stomata pada Tumbuhan

Sebagian besar proses transpirasi pada tanaman lewat stomata, stomata bagian terbesar berada pada permukaan bawah daun yang memungkinkan terjadinya pertukaran gas antara yang ada dalam jaringan daun dan di udara. Lubang stomata ini merupakan jalan utama untuk transpirasi, mengingat epidermis bawah dan atas dilapisi oleh lilin sebagai lapisan kutikula yang mengandung bahan lemak dan merupakan penghalang untuk transpirasi.

Membuka dan menutupnya stomata penting bagi proses asimilasi CO2 dan juga keseimbangan air dalam tanaman. Membuka menutupnya stomata tergantung pada perubahan turgor sel penjaga (sel stomata). Turgor yang tinggi menyebabkan stomata membuka sebaliknya turgor yang rendah akan menyebabkan stomata menutup.

Suatu penelitian menunjukkan bahwa turgor sel penjaga berkaitan dengan metabolisme penyerapan ion, terutama K+. Meningkatnya konsentrasi K+ pada sel penjaga, stomata membuka lebih lebar sebaliknya ketika menutup tidak terjadi akumulasi K+.

Mekanisme membuka menutupnya stomata terutama tergantung pada akumulasi K+ pada sel stomata dan bukan semata-mata oleh adanya hidrolisa amilum menjadi gula sebagaimana dipercaya selama ini, hidrolisa amilum ini hanya faktor sekunder.

Untuk akumulasi K+ ini disediakan sebagian oleh vakuola sel lateral dan sebagian lagi oleh sel epidermis. Akumulasi K+ ini akan berbalik bila stomata menutup, yaitu K+ berakumulasi di sel epidermis. Tidak ada perbedaan electro potential yang menyolok antara setiap sel epidermis dan bagaimanapun keadaan stomata, K+ ditransport secara aktif dan ketika stomata membuka atau menutup memerlukan energi.

Temperatur yang tinggi juga mengakibatkan stomata menutup. Hal ini terkait dengan meningkatnya respirasi dan meningkatnya CO2 dalam kantong stomata. Temperatur yang tinggi berkaitan dengan konsumsi air yang tinggi. Stomata menutup untuk mencegah kehilangan air yang berlebihan. Mekanisme membuka dan menutupnya stomata secara efisien dengan mengatur keseimbangan air dalam tanaman. Fitohormon sitokinin juga berpengaruh terhadap membukanya stomata sedang ABA kebalikannya.

Para ahli mengembangkan bagaimana air dapat diangkut ke daun. Salah satunya menjelaskan bahwa gerakan naiknya air pada tumbuhan identik dengan gerakan air pada kertas isap atau tisu. Jika kita meletakan kertas isap atau tisu kering ke dalam air, air akan diserap oleh ujung kertas isap atau tisu, dan diteruskan sampai ke seluruh bagian kertas. Bagian lain dari teori tersebut menjelaskan bagaimana air keluar dari tumbuhan. Air bergerak melalui sel-sel xilem pada tumbuhan dan akan keluar dari daun melalui stomata. Peristiwa tersebut dikenal sebagai transpiras, yaitu menguapnya air melalui stomata di daun. Saat air menguap melalui daun, semakin banyak pula air mengalir ke daun dari batang. Air yang berada pada batang merupakan air yang terserap oleh akar. Air yang baru selalu masuk ke akar secara osmosis. Batang menyimpan makanan dalam bentuk pati dan menyimpan air. Air berasal dari akar, dan pati dibuat dari gula yang diangkut dari daun. Satu keuntungan menyimpan air pada batang adalah terhindar dari kekeringan. Air membantu menjaga sel-sel batang tetap kaku.

Jaringan pada daun

1.    Lapisan lilin

Lapisan ini berfungsi untuk melindungi daun dari penguapan yang berlebihan dan gangguan serangga.

2.    Jaringan Epidermis

Berbatasan langsung dengan lapisan lilin yaitu jaringan epidermis. Lapisan ini merupakan lapisan daun penyusun terluar. Lapisan epidermis berfungsi sebagai npelindung dan umumnya hanya terdiri dari selapis sel yang tipis.

3.    Jaringan tiang

Jaringan ini mengandung banyak kloroplas yang berfungsi dalam proses pembuatan makanan.

4.    Jaringan spons

Renggangnya hubungan antara sel pada jaringan ini memungkinkan adanya ruang antara sel yang cukup besar untuk menampung gas karbondioksida, oksigen, maupun hidrogen. Sel-sel ini juga berperan dalam pembuatan makanan melalui proses fotosintesis.

5.    Jaringan stoma

Stoma adalah pori kecil pada epidermis daun. Bila jumlahnya lebih dari satu disebut stomata. Ukuran stoma berubah-ubah karena sel-sel penutup tersebut mengembang dan mengempis saat air masuk atau keluar secara osmosis.

Terdapat urat-urat daun. Urat daun yang besar biasanya berada di tengah helaian daun dan bercabang-cabang sampai mencapai helaian daun. Stomata pada daun bisa terdapat pada epidermis atas dan epidermis bawah stomata ini berfungsi sebagai jalan keluar masuknya udara maupun uap air. Umumnya stomata akan membuka di siang hari untuk mengambil karbondioksida yang digunakan untuk proses fotosintesis. Stomata akan menutup pada malam hari saat karbondioksida tidak diperlukan. Ukuran stomata berubah ubah karena sel-sel penutup tersebut mengembang dan mengempis saat air masuk atau keluar secara osmosis.

Mekanisme Membuka Menutupnya Stomata

Faktor yang mempengaruhi membuka dan menutupnya stoma yaitu: 1) faktor internal antara lain cahaya matahari, konsentrasi CO2, dan asam absisat (ABA), serta 2) faktor internal (jam biologis). Cahaya matahari merangsang sel penjaga menyerap ion K+ dan air, sehingga stoma membuka pada pagi hari. Konsentrasi CO2 yang rendah di dalam daun juga menyebabkan stoma membuka. Stomata akan menutup apabila terjadi cekaman air. Pada saat cekaman air, zat pengatur tumbuh ABA diproduksi di dalam daun yang menyebabkan membran menjadi bocor sehingga terjadi kehilangan ion K+ dari sel penjaga dan menyebabkan sel penjaga mengkerut sehingga stomata menutup. Faktor internal yaitu jam biologis memicu serapan ion pada pagi hari sehingga stoma membuka, sedangkanpada malam hari terjadi pembebasan ion yang menyebabkan stoma menutup. Stomata pada sebagian besar tanaman umumnya membuka pada siang hari dan menutup pada malam hari.

Pada beberapa tumbuhan misalnya kelompok tumbuhan CAM stoma membuka pada malam hari sedangkan pada siang hari stoma menutup. Menutupnya stoma pada siang hari Membran plasma Pompa proton merupakan adaptasi untuk mengurangi proses penguapan tumbuhan yang hidup di daerah kering. Pada malam hari CO2 masuk ke dalam tanaman dan disimpan dalam bentuk senyawa C4. Selanjutnya senyawa C4 akan membebaskan CO2 pada siang hari sehingga dapat digunakan untuk fotosintesis.

Adaptasi lainnya yang terdapat pada tumbuhan xerofit untuk mengurangi proses transpirasi yaitu memiliki daun dengan stoma tersembunyi (masuk ke bagian dalam) yang ditutupi oleh trikoma (rambut-rambut yang merupakan penjuluran epidermis. Pada saat matahari terik, jumlah air yang hilang melalui proses transpirasi lebih tinggi daripada jumlah air yang diserap oleh akar. Untuk mengurangi laju transpirasi tersebut stoma akan menutup.

Pengaruh Pompa Ion Kalium

Aktivitas stomata terjadi karena hubungan air dari sel-sel penutup dan sel-sel pembantu. Bila sel-sel penutup menjadi turgid dinding sel yang tipis menggembung dan dinding sel yang tebal yang mengelilingi lobang (tidak dapat menggembung cukup besar) menjadi sangat cekung, karenanya membuka lobang. Oleh karena itu membuka dan menutupnya stomata tergantung pada perubahan-perubahan turgiditas dari sel-sel penutup, yaitu kalau sel-sel penutup turgid lobang membuka dan sel-sel mengendor pori/lobang menutup (Pandey dan Sinha, 1983).

Stomata membuka karena sel penjaga mengambil air dan menggembung dimana sel penjaga yang menggembung akan mendorong dinding bagian dalam stomata hingga merapat. Stomata bekerja dengan caranya sendiri karena sifat khusus yang terletak pada anatomi submikroskopik dinding selnya. Sel penjaga dapat bertambah panjang, terutama dinding luarnya, hingga mengembang ke arah luar. Kemudian, dinding sebelah dalam akan tertarik oleh mikrofibril tersebut yang mengakibatkan stomata membuka (Salisbury dan Ross, 1995).

Pada saat stomata membuka akan terjadi akumulasi ion kalium (K+) pada sel penjaga. Ion kalium ini berasal dari sel tetangganya. Cahaya sangat berperan merangsang masuknya ion kalium ke sel penjaga dan jika tumbuhan ditempatkan dalam gelap, maka ion kalium akan kembali keluar sel penjaga (Lakitan, 1993).

Ketika ion kalium masuk ke dalam sel penjaga, sejumlah yang sama ion hydrogen keluar, dimana ion hydrogen tersebut berasal dari asam-asam organic yang disintesis ke dalam sel penjaga sebagai suatu kemungkinan faktor penyebab terbukanya stomata. Asam organic yang disintesis umumnya adalah asam malat dimana ion-ion hydrogen terkandung didalamnya. Asam malat adalah hasil yang paling umum didapati pada keadaan normal. Karena ion hydrogen diperoleh dari asam organic, pH di sel penjaga akan turun (akan menjadi semakin asam), jika H+ tidak ditukar dengan K+ yang masuk (Salisbury dan Ross, 1995).

Suatu penelitian menunjukkan bahwa turgor sel penjaga berkaitan dengan metabolisme penyerapan ion, terutama K+. Meningkatnya konsentrasi K+ pada sel penjaga, stomata membuka lebih lebar sebaliknya ketika menutup tidak terjadi akumulasi K+.

Mekanisme membuka menutupnya stomata terutama tergantung pada akumulasi K+ pada sel stomata dan bukan semata-mata oleh adanya hidrolisa amilum menjadi gula sebagaimana dipercaya selama ini, hidrolisa amilum ini hanya faktor sekunder.

Untuk akumulasi K+ ini disediakan sebagian oleh vakuola sel lateral dan sebagian lagi oleh sel epidermis. Akumulasi K+ ini akan berbalik bila stomata menutup, yaitu K+ berakumulasi di sel epidermis. Tidak ada perbedaan electro potential yang menyolok antara setiap sel epidermis dan bagaimanapun keadaan stomata, K+ ditransport secara aktif dan ketika stomata membuka atau menutup memerlukan energi.

Pengaruh Fotosintesis

Adanya klorofil pada sel penjaga mengakibatkan sel penjaga dapat melangsungkan proses fotosintesis yang menghasilkan glukosa dan mengurangi konsentrasi CO2. Glukosa larut dalam air sehingga air dari jaringan di sekitar sel penjaga akan masuk ke dalam sel penjaga yangmengakibatkan tekanan turgor sel penjaga naik sehingga stoma akan membuka.

Pengamatan mikroskopis terhadap permukaan daun menunjukkan bahwa cahaya mempengaruhi pembukaan stomata. Pada saat redup atau tidak ada cahaya umumnya stoma tumbuhan menutup. Ketika intensitas cahaya meningkat stoma membuka hingga mencapai nilai maksimum. Mekanisme membuka dan menutupnya stomata dikontrol oleh sel penjaga.

Dibawah iluminasi, konsentrasi solut dalam vakuola sel penjaga meningkat. Bagaimana konsentrasi solut tersebut meningkat ? Pertama, pati yang terdapat pada kloroplas sel penjaga diubah menjadi asam malat (Gambar 11). Kedua, pompa proton pada membran plasma sel penjaga diaktifkan. Pompa proton tersebut menggerakkan ion H+, beberapa diantaranya berasal dari asam malat, melintasi membran plasma. Asam malat kehilangan ion H+ membentuk ion malat. Hal ini menaikkan gradien listrik dan gradien pH lintas membran plasma. Ion K+ mengalir ke dalam sel tersebut melalui suatu saluran sebagai respon terhadap perbedaan muatan, sedangkan ion Clberasosiasi dengan ion H+ mengalir ke dalam sel tersebut melalui saluran lainnya dalam merespon perbedaan konsentrasi ion H+. Akumulasi ion malat, K+, dan Cl- menaikkan tekanan osmotik sehingga air tertarik ke dalam sel penjaga. Signal yang mengaktifkan enzim yang membentuk malat dan mengaktifkan pompa proton di dalam membran plasma mencakup cahaya merah dan cahaya biru.

Menutupnya stoma akan menurunkan jumlah CO2 yang masuk ke dalam daun sehingga akan mengurangi laju fotosintesis. Pada dasarnya proses membuka dan menutupnya stoma bertujuan untuk menjaga keseimbangan antara kehilangan air melalui transpirasi dengan pembentukan gula melalui fotosintesis.

Namun pada Tanaman CAM membuka stomatanya malam hari, pada malam hari terjadi respirasi tidak sempurna dan KH diubah menjadi asam malat, dari respirasi tersebut CO2 tidak dilepaskan, tetap diikat, pH tetap tinggi (7), pati dalam sel penjaga dihidrolisis menjadi gula, Ψs nya menurun, terjadi endoosmosis, Ψp sel penjaga naik, turgor, dinding sel penjaga tertekan ke arah luar, stomata membuka.

DAFTAR PUSTAKA

Didik, indradewa, dkk. 2008.   diunduh dari http://faperta.ugm.ac.id/buper/lab/kuliah/pertemuan%201%20(pendahuluan).ppt#282,30,Laju gerakan partikel. Rabu, 22 oktober.8:48)

Fiktor Ferdinand P. dan Moekti Ariwibowo.2007.Praktis Belajar Biologi.Jakarta:Visindo Media Persada

Hian. 2009. diunduh dari http://aslikoe.blogspot.com/2009/09/proses-difusi.html. Rabu, 22 oktober. 20:50

Jane B. Reech.2003.Campblle edisi kelima.Jakarta:Erlangga

Kaseng, Ernawati dkk. 2006.BIOLOGI. Jakarta :Widya Utama

Potensi air

Potensial Air

Oleh :

Latar Belakang

Air mampu melarutkan lebih banyak bahan daripada zat cair umum lainnya. Hal ini memiliki tetapan dielektrik yang termasuk paling tinggi, yaitu suatu ukuran kemampuan untuk menetralkan tarik menarik antar muatan listrik. Karena sifat itu, air menjadi pelarut yang amat kuat bagi elektrolit dan molekul polar seperti gula. Jika air mengandung elektrolit terlarut, maka laurtan ini membawa muatan, dan air menjadi penghantar listrik yang baik. Tapi, jika air benar-benar murni, maka ia adalah penghantar listrik yang buruk.

Pentingnya air sebagai pelarut dalam organism hidup tampak jeas dalam proses osmosis, difusi, dan aliran massa dalam tumbuhan. Protoplasma pada tumbuhan mengungkap sifat air. Struktur molekul protein dan asam nukleat serta aktivitas ptotoplasma bergantung pada hubungannya yang dekat dengan molekul air. Hampir semua molekul protoplasma benar-benar menggantungkan aktivitas kimia khasnya kepada lingkungan air tempat mereka berada. Molekul air secara aktif terlibat dalam reaksi kimia yang menjadi dasar kehidupan. Misalnya, bersama dengan molekul karbondioksida, air merupakan bahan mentah bagi fotosintesis. Hanya sedikit proses metabolism yang mampu berjalan tanpa menggunakan atau menghasilkan molekul air. Walaupun demikian, air relative lembam secara kimia. Sebaliknya, air jauh lebih penting sebagai lingkungan bagi berbagai reaksi kimia daripada sebagai pereaksi atau hasil reaksi.

Volume air yang besar mempunyai lebih banyak energy bebas daripada volume yang lebih kecil dalam kondisi yang sama. Energi bebas per mol substansi di dalam suatu system kimia disebut potensial kimia. Potensial kimia suatu senyawa di bawah kondisi tekanan dan temperature konsatan tergantung kepada jumlah mol substansi yang ada. Hubungan antara air dan tanaman , potensial kimia dari air sering dinyaatakan dengan istilah potensial air.

Potensial Air merupakan energi yang dimiliki air untuk bergerak atau untuk mengadakan reaksi. Dengan kata lain, potensial air merupakan tingkat kemampuan molekul-molekul air untuk melakukan difusi. Pada potensial air, air bergerak dari potensial tinggi ke potensial rendah (dari larutan encer ke larutan pekat, larutan encer lebih banyak mengandung air daripada larutan pekat).

Potensial air murni adalah nol, adanya substansi yang terlarut di dalam air tersebut akan menurunkan potensial airnya, sehingga potensial air dari suatu larutan adalah kurang dari nol. Definisi ini hanya berlaku pada tekanan atmosfir. Apabila tekanan disekitar system ditingkatkan atau diturunkan, maka secara otomatis potensial air juga akan naik atau tururn sesuai dengan perubahan tekanan tersebut.

Di dalam suatu sel, potensial air memiliki dua komponen, yaitu potensial tekanan dan potensial osmosis. Potensial tekanan dapat menambah atau mengurangi potensial air. Sednagkan potensial osmosis menunjukkan status larutan di dalam sel tersebut. Dengan memsukan suatu jaringan tumbuhan ke dalam seri laurtan yang telah diketahui potensialnya, maka potensial air jaringan tumbuhan dapat dihitung. Jika potensial osmosis di luar sel lebih besar daripada potensial osmosis di dalam sel, maka air berdifusi masuk ke dalam sel (mengalami turgid), sehingga larutan menjadi hipotonis. Namun jika potensial osmosis di luar sel lebih kecil daripada di dalam sel maka, air berdifusi ke luar dan sel akan mengalami plasmolisis (sel menjadi mati), kondisi ini larutan menjadi hipertonis. Dan jika potensial osmosis diluar sel sama besarnya dengan potensial osmosis di dalam sel maka tidak aka nada gerakan air (konsentrasi seimbang), maka lautan ini mengalami isotonis.

Pengertian

Potensial air adalah potensial kimia air dalam suatu system atau bagian system. Dinyatakan dalam satuan tekanan dan dibandingkan dengan potensial kimia air murni (juga dalam satuan tekanan) pada tekanan atmosfer dan pada suhu serta ketinggian yang sama potensial murni ditentukan sama dengan nol. Faktor-faktor penghasil gradient yaitu konsentrasi atau aktifitas, suhu, tekanan, efek larutan terhadap potensial kimia pelarut, matriks. Mengukur metode air dengan metode volume jaringan, metode chordate, metode tekanan uap (Salisbury dan ross, 1995)

Hubungan antar potensial air adalah dengan melibatkan peristiwa osmose karena osmose merupakan peristiwa difusi dimana antara 2 tempat tersedianya difusi dipisahkan oleh membrane atau selaput. Maka dapat diartikan bahwa dinding sel atau membrane protoplasma adalah merupakan membrane pembatas antara zat yang berdifusi karena pada umumnya sel tumbuh-tumbuhan tinggi mempunyai dinding sel maka sebagian besar proses fitokimia dalam tumbuh-tumbuhan adalah merupakan proses osmose (Heddy, 1987)

Pada fisiologi tanaman adalah hal biasa untuk menunjukkan energi bebas yang di kandung di dalam air dalam bentuk potensial air (ψ). Definisi dari potensial air adalah energi per unit volume air, potensial air berbanding lurus dengan suhunya (Fitter, A.h dan Hay, R.K.M, 1981)

Potensial osmotic merupakan potensial kimia yang disebabkan adanya materi yang terlrut. Potensial osmotic selalu memiliki nilai negative, hal ini disebabkan karena cenderung bergerak menyebrangi membrane semi permeable dari air murni menuju air yang mengandung zat terlarut (Lambers, dkk, 1998)

Besar jumlah potensial air pada tumbuhan dipengaruhi oelah 4 macam komponen potensial, yaitu gravitasi, matriks, osmotic dan tekanan. Potensial gravitasi bergantung pada air didalam daerah gravitasi . potensial matriks bergantung pada kekuatan mengikat air saat penyerapan. Potensial osmotic bergantung pada hidrostatik atau tekanan angina dalam air (Deragon, 2005).

Air dalam Tumbuhan

Air merupakan 85 – 95 % berat tumbuhan herba yang hidup di air. Dalam sel, air diperlukan sebagai pelarut unsur hara sehingga dapat digunakan untuk mengangkutnya; selain itu air diperlukan juga sebagai substrat atau reaktan untuk berbagai reaksi biokimia misalnya proses fotosintesis; dan air dapat menyebabkan terbentuknya enzim dalam tiga dimensi sehingga dapat digunakan untuk aktivitas katalisnya. Tanaman yang kekurangan air akan menjadi layu, dan apabila tidak diberikan air secepatnya akan terjadi layu permanen yang dapat menyebabkan kematian. Terdapat lima mekanisme utama yang menggerakkan air dari suatu tempat ke tempat lain, yaitu melalui proses: difusi, osmosis, tekanan kapiler, tekanan hidrostatik, dan gravitasi.

1. Difusi

Difusi adalah pergerakan molekul atau ion dari dengan daerah konsentrasi tinggi ke daerah dengan konsentrasi rendah. Laju difusi antara lain tergantung pada suhu dan densitas (kepadatan) medium. Gas berdifusi lebih cepat dibandingkan dengan zat cair, sedangkan zat padat berdifusi lebih lambat dibandingkan dengan zat cair. Molekul berukuran besar lebih lambat pergerakannya dibanding dengan molekul yang lebih kecil. Pertukaran udara melalui stomata merupakan contoh dari proses difusi. Pada siang hari terjadi proses fotosintesis yang menghasilkan O2 sehingga konsentrasi O2 meningkat. Peningkatan konsentrasi O2 ini akan menyebabkan difusi O2 dari daun ke udara luar melalui stomata. Sebaliknya konsentrasi CO2 di dalam jaringan menurun (karena digunakan untuk fotosintesis) sehingga CO2 dari udara luar masuk melalui stomata. Penguapan air melalui stomata (transpirasi) juga merupakan contoh proses difusi. Di alam, angin, dan aliran air menyebarkan molekul lebih cepat disbanding dengan proses difusi.

2. Osmosis

Osmosis adalah difusi melalui membran semipermeabel. Masuknya larutan ke dalam sel-sel endodermis merupakan contoh proses osmosis. Dalam tubuh organisme multiseluler, air bergera dari satu sel ke sel lainnya dengan leluasa. Selain air, molekul-molekul yang berukuran kecil seperti O2 dan CO2 juga mudah melewati membran sel. Molekul-molekul tersebut akan berdifusi dari daerah dengan konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Proses Osmosis akan berhenti jika konsentrasi zat di kedua sisi membran tersebut telah mencapai keseimbangan.

Osmosis juga dapat terjadi dari sitoplasma ke organel-organel bermembran. Osmosis dapat dicegah dengan menggunakan tekanan. Oleh karena itu, ahli fisiologi tanaman lebih suka menggunakan istilah potensial osmotik yakni tekanan yang diperlukan untuk mencegah osmosis. Jika anda merendam wortel ke dalam larutan garam 10 % maka sel-selnya akan kehilangan rigiditas (kekakuan)nya. Hal ini disebabkan potensial air dalam sel wortel tersebut lebih tinggi dibanding dengan potensial air pada larutan garam sehingga air dari dalam sel akan keluar ke dalam larutan tersebut. Jika diamati dengan mikroskop maka vakuola sel-sel wortel tersebut tidak tampak dan sitoplasma akan mengkerut dan membran sel akan terlepas dari dindingnya. Peristiwa lepasnya plasma sel dari dinding sel ini disebut plasmolisis.

3. Tekanan kapiler

Apabila pipa kapiler dicelupkan ke dalam bak yang berisi air, maka permukaan air dalam pip a kapiler akan naik sampai terjadi keseimbangan antara tegangan yang menarik air tersebut dengan beratnya. Tekanan yang menarik air tersebut disebut tekanan kapiler. Tekanan kapiler tergantung pada diameter kapiler : semakin kecil diameter kapiler semakin besar tegangan yang menarik kolom air tersebut

4. Tekanan hidrostatik

Masuknya air ke dalam sel akan menyebabkan tekanan terhadap dinding sel sehingga dinding sel meregang. Hal ini akan menyebabkan timbulnya tekanan hidrostatik untuk melawan aliran air tersebut. Tekanan hidrostatik dalam sel disebut tekanan turgor. Tekanan turgor yang berkembang melawan dinding sebagai hasil masuknya air ke dalam vakuola sel disebut potensial tekanan. Tekanan turgor penting bagi sel karena dapat menyebabkan sel dan jaringan yang disusunnya menjadi kaku. Potensial air suatu sel tumbuhan secara esensial merupakan kombinasi potensial osmotic dengan potensial tekanannya. Jika dua sel yang bersebelahan mempunyai potensial air yang berbeda, maka air akan bergerak dari sel yang mempunyai potensial air tinggi menuju ke sel yang mempunyai potensial air rendah.

e. Gravitasi

Air juga bergerak untuk merespon gaya gravitasi bumi, sehingga perlu tekanan untuk menarik air ke atas. Pada tumbuhan herba, pengaruh gravitasi dapat diabaikan karena perbedaan ketinggian pada bagian tanaman tersebut relatif kecil. Pada tumbuhan yang tinggi, pengaruh gravitasi ini sangat nyata. Untuk menggerakkan air ke atas pada pohon setinggi 100 m diperlukan tekanan sekitar 20 atmosfer (Anonim, 2009).

Pembahasan

Pengetahuan mengenai potesial air pada suatu jaringan tumbuhan sangat sangat penting dikuasai, hal ini di karenakan dengan mengetahui potensial air dari suatu jaringan tumbuhan dapat diaplikasikan pada pemakaian pupuk pada tanaman. Kita dapat memberikan pupuk sesuai dengan takaran tampa merusak sel tumbuhan . Pada praktikum ini, kita mencoba menentukan potensial air pada umbi kentang. Dipilihnya kentang dengan beberapa pertimbangan yaitu umbi kentang yang mudah diperoleh, mudah dibuat silinder batang dengan batang pengebor gabus, dan kentang merupakan bahan yang terdiri dari bahan yang homogen, yaitu , jaringan parenkim yang menyimpan cadangan makanan.

Langkah pertama yang dilakukan dalam percobaan ini yaitu membuat silinder umbi kentang dengan menggunakan pengebor gabus diameter 6 mm dengan panjang masing-masing silinder 4 cm, ini dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan jumlah dan bentuk jaringan kentang yang homogen untuk percobaan, sebanyak 4 silinder kentang yang telah ditimbang selanjutnya dimasukan pada masing-masing gelas kultur yang telah diisi dengan larutan sukrosa dengan konsentrasi yang berbeda ( 0,0 M : 0,2 M : 0,4 M : 0,6 M : 0,8 M dan 1,0 M ) dan didiamkan selama 70 menit , dengan perlakuan tersebut kita mencoba mengetahui larutan yang mana yang isotonis dengan tekanan dalam jaringan kentang, ini dapat diketahui melalui silinder kentang pada konsentarasi berapa yang tidak mengalami perubahan berat, ini berarti tidak ada aliran molekul air baik dari dalam maupun keluar jaringan kentang.

Selain percobaan penentuan potensial air pada jaringan kentang pada praktikum ini dilakukan juga pengukuran potensial air pada jaringan Daun Rheo discolor. Penentuan potensial air jaringan pada Daun Rheo discolor dilakukan dengan metode Shardakov. Metode ini dilakukan dengan membuat cakram Daun Rheo discolor dengan pengebor gabus. Sebanyak 25 cakram Daun Rheo discolorr dimasukan ke dalam 6 tabung reaksi yang telah berisi sukrosa dengan konsentrasi yang berbeda , campuran ini didiamkan selama 60 menit dan setiap 15 menit sekali dikocok agar campuran dan larutan tetap homogen, kemudian Daun Rheo discolorr di buang dan air rendamanya di ambil untuk pengujuan konsentrasi dengan larutan yang sama konsentrasinya yang telah ditambah dengan metilen blue. Dengan direndamnya daun tadi maka ada aliran air baik dari daun atau kedalam daun , sedangkan penambahan metilen blue hanya bertujuan sebagai penanda saat pengujian .

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2009. Air Dalam Tumbuhan. Diakses dari : http://klimatologi.wordpress.com/2009/01/21/air-dalam-tumbuhan/

Deragon. 2005, WATER POTENTIAL, http://www.deragon.com. accesed on 17 september 2005 at 13:00 WIB

Filter, W.G. 1989. FISIOLOGI LINGKUNGAN TUMBUHAN. Gadjah mada University press. Yogykarta

Heddy,S.1982. BIOLOGI PERTANIAN. Fakultas pertanian Universitas Brawijaya. Malang

Lambers,H.F,S. Chapia dan T.L pons. 1998. PHYSIOLOGY. Ecology spinger. New york hal 150

Salisbury, F.b dan Ross, C.W.1995. FISIOLOGI TUMBUHAN jilid 1 edisi IV alih bahasa Luqman, RR dan Sumaryono. Penerbit ITB. Bandung.

Kata Pengantar

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas kasih karunia yang diberikan kepada penulis hingga bisa menyelesaikan makalah ini. Dalam penyusunannya, penulis mengalami kesulitan-kesulitan. Namun, atas bimbingan dan berkat yang begitu melimpah, penulis dapat melewati semuanya dan menyelesaikan laporan ini dengan baik.

Makalah ini berisi tentang materi yang penulis dapatkan di dalam perkuliahan. Makalah ini disusun sebagai tugas dalam mengikuti perkuliahan agar mendapatkan materi yang cukup berkompeten di bidangnya.

Pada kesempatan yang indah ini, ijinkan penulis untuk menyampaikan terima kasih kepada :

1.    Ayah, ibu, dan adikku yang selalu memberikan dukungan

2.    Bapak/Ibu Dosen pembimbing yang selalu memberikan motivasi

3.    Teman-teman mahasiswa yang selalu membantu pelaksanaan kegiatan

4.    Dan semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu.

Di akhir kata, penulis menyadari bahwa makalah ini masih memiliki kekurangan yang tentunya membuat makalah ini jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mohon saran dan kritik yang mambangun demi tersusunnya makalah yang lebih baik di kesempatan yang lain. Atas segala apresiasinya penulis mengucapkan terima kasih.

Penulis

EKOSISTEM

Ekosistem, Aliran Energi dan Siklus Materi dalam Ekosistem

Ekosistem

Ekosistem adalah hubungan interaksi yang terjadi antara makhluk hidup dengan makhluk hidup maupun makhluk hidup dengan makhluk tidak hidup. Tingkat organisasi ekosistem lebih tinggi dari komunitas. Pada ekosistem terjadi hubungan timbal balik antara organisme yang hidup dan lingkungan abiotiknya, yang membentuk suatu sistem yang dapat diketahui aliran energi dan siklus materinya.

Satuan-Satuan Makhluk Hidup Penyusun Ekosistem

Di dalam sebuah ekosistem juga terdapat satuan-satuan makhluk hidup yang meliputi individu, populasi, komunitas dan biosfer.

Bagian-bagian satuan makhluk hidup penyusun ekosistem yaitu :

1.  Individu

Istilah individu berasal dari bahasa latin, yaitu in yang berarti tidak dan dividus yang berarti dapat di bagi. Jadi individu adalah makhluk hidup yang berdiri sendiri yang secara fisiologis bersifat bebas atau tidak mempunyai hubungan dengan sesamanya. Individu juga disebut satuan makhluk hidup tunggal.

2.  Populasi

Populasi berasal dari bahasa latin, yaitu populus yang berarti semua orang yang bertempat tinggal pada suatu tempat. Dalam ekosistem, populasi berarti kelompok makhluk hidup yang memiliki spesies sama [sejenis] dan menempati daerah tertentu.

3.  Komunitas

Komunitas adalah berbagai jenis makhluk hidup yang terdapat di suatu daerah yang sama, misalnya halaman sekolah.

4.  Biosfer

Biosfer adalah semua ekossistem yang berada di permukaan bumi.

Susunan Ekosistem

Dilihat dari susunan dan fungsinya, suatu ekosistem tersusun atas komponen sebagai berikut.

a.    Komponen autotrof (Auto = sendiri dan trophikos = menyediakan makan). Autotrof adalah organisme yang mampu menyediakan/mensintesis makanan sendiri yang berupa bahan organik dari bahan anorganik dengan bantuan energi seperti matahari dan kimia. Komponen autotrof berfungsi sebagai produsen, contohnya tumbuh-tumbuhan hijau.

b.    Komponen heterotrof (Heteros  = berbeda, trophikos = makanan). Heterotrof (konsumen) merupakan organisme yang memanfaatkan bahan-bahan organik sebagai makanannya dan bahan tersebut disediakan oleh organisme lain. Yang tergolong heterotrof adalah manusia, hewan, jamur, dan mikroba.

Berdasarkan jenis makanannya, konsumen di kelompokkan sebagai berikut:

a.   Pemakan tumbuhan [herbivora], misalnya kambing, kerbau, kelinci dan sapi.

b.   Pemakan daging [karnivora], misalnya harimau, burung elang, dan serigala.

c.   Pemakan tmbuhan dan daging [omnivora], misalnya ayam, itik, dan orang hutan.

c.    Bahan tak hidup (abiotik) Bahan tak hidup yaitu komponen fisik dan kimia yang terdiri dari:

·      Tanah : Sifat-sifat fisik tanah yang berperan dalam ekosistem meliputi tekstur, kematangan, dan kemampuan menahan air.

·      Air : Hal-hal penting pada air yang mempengaruhi kehidupan makhluk hidup adalah suhu air, kadar mineral air, salinitas, arus air, penguapan, dan kedalaman air.

·      Udara : Udara merupakan lingkungan abiotik yang berupa gas. Gas itu berbentuk atmosfer yang melingkupi makhluk hidup. Oksigen, karbon dioksida, dan nitrogen merupakan gas yang paling penting bagi kehidupan makhluk hidup.

·      Cahaya matahari : Cahaya matahari merupakan sumber energi utama bagi kehidupan di bumi ini. Namun demikian, penyebaran cahaya ddi bumi belum merata. Oleh karena itu, organisme harus menyesuaikan diri dengan lingkungan yang intensitas dan kualitas cahayanya berbeda.

·      Suhu atau temperatur : Setiap makhluk hidup memerlukan suhu optimum untuk kegiatan metabolisme dan perkembangbiakannya.

d.    Pengurai (dekomposer) Pengurai adalah organisme heterotrof yang menguraikan bahan organik yang berasal dari organisme mati (bahan organik kompleks). Organisme pengurai menyerap sebagian hasil penguraian tersebut dan melepaskan bahan-bahan yang sederhana yang dapat digunakan kembali oleh produsen. Termasuk pengurai ini adalah bakteri dan jamur. 

Tipe Ekosistem

1.    Akuatik : Ekosistem perairan dibagi menjadi 3 yaitu :

a)  Air Tawar : Ekosistem air tawar dibagi lagi menjadi :

·      Lotik : yang berarus. contohnya sungai, berciri-ciri : terdapat sinar matahari, banyak bebatuan, salinitas rendah, makhluk hidup bervariasi, vegetasinya baik.

·      Lentik : yang tenang atau tidak berarus. contohnya danau, berciri-ciri : terdapat sinar matahari, tidak terdapat batu, banyak tanaman tinggi, berada di tengah daratan.

Gambar ekosistem air tawar

                                                                  

b)  Air Laut : Ekosistem air laut dibagi lagi menjadi :

·    Pantai pasir : terdapat formasi vegetasi. Yaitu : pes caprae, contohnya spinifex dan pandan. Danbarringtonia, contohnya ketapang dan sukun.

·    Pantai batu : terdapat padang lamun yaitu tumbuhan dari kelompok Alismatales yang merupakan sumber makanan duyung.

·    Terumbu karang : hanya dapat tumbuh di iklim tropis-subtropis, memerlukan daerah perairan yang alami.

·    Laut dangkal : sinar matahari masih cukup banyak, makhluk hidup bervariasi.

·    Laut dalam : sinar matahari sedikit, bahkan tidak ada, makhluk yang hidup yang tinggal di laut dalam biasanya memiliki tubuh yang berpendar atau memiliki alat penerangan di atas kepalanya.

                                                 

c)  Estuarin: atau disebut juga ekosistem air payau. ciri dari ekosistem ini adalah terdapat hutan mangrove, merupakan tempat ikan bertelur (contoh: salmon), terdapat banyak crustaceae, banyak ular dan monyet di pinggiran estuarin. estuarin dapat ditemui di jakarta, yaitu di tol cengkareng-jakarta.

2.   Terestrial: Ekosistem daratan dibagi menjadi 7 yaitu:

1)    Hutan hujan tropis : cirinya, lembab, banyak jamur, curah hujan tinggi, tanahnya subur, banyak tumbuhan tinggi (pohon), jenis mahluk hidup yang ada : heterogen.

2)   Hutan musim : curah hujan tinggi, namun lebih rendah daripada hutan hujan tropis. Contohnya : hutan pinus, hutan jati.

3)    Savana : terdapat semak-semak atau disebut juga padang rumput.

4)    Stepa : adalah padang rumput yang luas dan tidak terdapat semak-semak.

5)    Gurun : Curah hujan rendah, perbedaan suhu siang hari dan malam hari sangat ekstrim, tumbuhan yang hidup memiliki duri dan berakar panjang serta berbatang besar.

6)    Taiga : Hutan musim bagi negara yang bermusim 4. Ciri : beriklim dingin, jenis makhluk hidup yang ada bersifat homogen, contohnya : hutan pinus.

7)   Tundra : Ekosistem bersalju. Contohnya : pinus, semakin tinggi batang, cuaca semakin dingin. dibagi menjadi 2 yaitu : artik  yang bersalju karena mendekati kutub dan alpin yang bersalju karena ketinggian tempat.

                                                                            

3.    Ekosistem Buatan: ekosistem buatan, tergantung manusia yang membuatnya. contohnya: sawah, hutan kota, taman kota, kolam ikan buatan.

Aliran Energi dalam Ekosistem

Energi dari sinar matahari merupakan tenaga penegndali dari semua ekosistem. Tumbuhan dengan memanfaatkan tenaga yang berasal dari sinar matahari mempunyai kemampuan untuk menyerap dan mengumpulkan nutrisi dari tanah dan gas dari udara untuk menghasilkan makanannya. Energi beredar dalam ekosistem dalam bentuk rantai makanan dan jaring-jaring makanandari suatu tingkat rofik ke tingkat trofik berikutnya. Dengan cara demikianlah energi mengalir dalam sistem alam ini. Para ahli ekologi mempunyai pandangan, secara tradisional terhadap aliran energi dalam ekosistem ini sama dengan para ahli ilmu lainnya, yaitu mengamati aliran energi dalam sistem fisika. Mereka secara formal memahami bahwa energi dalam sistem dalam berbagai bentuk.

·       Rantai makanan dan Jaring-Jaring makanan                                                                            

Gambar Rantai Makanan

Rantai makanan merupakan proses aliran energi melalui memakan dan dimakan antarorganisme yang berlangsung secara teratur dan membentuk suatu garis tertentu. Misal: Rumput-Ulat-Burung Kecil-Kucing.

·      Jaring-Jaring Makanan

Jaring-jaring makanan adalah kumpulan dari rantai makanan yang saling berhubungan dan membentuk skema mirip jaring. Kelangsungan hidup organisme membutuhkan energi dari bahan organik yang dimakan. Bahan organik yang mengandung energi dan unsur-unsur kimia  transfer dari satu organisme ke organisme lain berlangsung melalui interaksi makan dan dimakan. Peristiwa makan dan dimakan antar organisme dalam suatu ekosistem membentuk struktur trofik yang bertingkat-tingkat.

                                       Gambar Jaring-jaring Makanan

Setiap tingkat trofik merupakan kumpulan berbagai organisme dengan sumber makanan tertentu. Tingkat trofik pertama adalah kelompok organisme autotrop yang disebut produsen. Organisme autotrof adalah organisme yang dapat membuat bahan organik sendiri dari bahan anorganik dengan bantuan sumber energi. Bila  dapat menggunakan energi cahaya seperti cahaya, matahari disebut fotoautotrof, contohnya tumbuhan hijau dan fitoplankton. Apabila menggunakan bantuan energi dari reaksi-reaksi kimia disebut kemoau totrof, misalnya, bakteri sulfur, bakteri nitrit, dan bakteri nitrat.Tingkat tropik kedua ditempati oleh berbagai organisme yang tidak dapat menyusun bahan organik sendiri yang disebut organisme heterotrof. Organisme heterotrof ini hanya menggunakan zat organik dari organisme lain sehingga disebut juga konsumen. Pembagian konsumen adalah sebagai berikut.

a.   Konsumen Primer

Organisme pemakan produsen atau dinamakan herbivora yang menempati tingkat trofik kedua.

b.   Konsumen Sekunder

Organisme pemakan herbivora yang dinamakan karnivora kecil yang menempati tingkat trofik ketiga.

c.   Konsumen Tersier

Organisme pemakan konsumen sekunder yang dinamakan karnivora besar yang menempati tingkat trofik keempat.

Proses Aliran Energi dalam Ekosistem

            Aliran energi dalam ekosistem mengalami tahapan proses sebagai berikut :

1)     Energi masuk ke dalam ekosistem berupa energi matahari, tetapi tidak semuanya dapat digunakan oleh tumbuhan dalam proses fotosintesis. Hanya sekitar setengahnya dari rata-rata sinar matahari yang sampai pada tumbuhan diabsorpsi oleh mekanisme fotosintesis, dan juga hanya sebagian kecil, sekitar 1-5 %, yang diubah menjadi makanan (energi kimia). Sisanya keluar dari sistem berupa panas, dan energi yang diubah menjadi makanan oleh tumbuhan dipakai lagi untuk proses respirasi yang juga sebagai keluaran dari sistem.

2)    Energi yang disimpan berupa materi tumbuhan mungkin dilakukan melalui rantai makanan dan jaring-jaring makanan melalui herbivora dan detrivora. Seperti telah diungkapkan sebelumnya, terjadinya kehilangan sejumlah energi diantara tingkatan trofik, maka aliran energi berkurang atau menurun ke arah tahapan berikutnya dari rantai makanan. Biasanya herbivora menyimpan sekitar 10 % energi yang dikandung tumbuhan, demikian pula karnivora menyimpan sekitar 10 % energi yang dikandung mangsanya.

3)     Apabila materi tumbuhan tidak dikonsumsi, maka akan disimpan dalam sistem, diteruskan ke pengurai, atau diekspor dari sistem sebagai materi organik.

4)     Organisme-organisme pada setiap tingkat konsumen dan juga pada setiap tingkat pengurai memanfaatkan sebagian energi untuk pernafasannya, sehingga terlepaskan sejumlah panas keluar dari sistem

5)     Dikarenakan ekosistem adalah suatu sistem terbuka, maka beberapa materi organik mungkin dikeluarkan menyeberang batas dari sistem. Misalnya akibat pergerakan sejumlah hewan ke wilayah, ekosistem lain, atau akibat aliran air sejumlah gulma air keluar dari sistem terbawa arus.

Aliran Energi dan “Standing Crop”

Penyimpanan energi dalam ekosistem dapat berupa materi-materi dalam tumbuhan atau hewan. Jumlah nyata dari materi hidup yang terkandung dalam ekosistem difahami sebagai “standing crop”. Para ahli ekologi biasanya mengkaji standing crop ini untuk setiap tingkat trofik yang nantinya akan memberikan gambaran pola aliran energi melalui sistem. Hasil kajian dari standing crop untuk setiap tingkatan trofik ini bila diekspresikan dalam bentuk histogram akan menggambarkan suatu piramida tingkat trofik atau lebih dikenal dengan piramida ekologi.

·      Piramida ekologi

Struktur trofik dapat disusun secara urut sesuai hubungan makan dan dimakan antar trofik yang secara umum memperlihatkan bentuk kerucut atau piramid. Gambaran susunan antar trofik dapat disusun berdasarkan kepadatan populasi, berat kering, maupun kemampuan menyimpan energi pada tiap trofik yang disebut piramida ekologi. Piramida ekologi ini berfungsi untuk menunjukkan gambaran perbandingan antar trofik pada suatu ekosistem. Pada tingkat pertama ditempati produsen sebagai dasar dari piramida ekologi, selanjutnya konsumen primer, sekunder, tersier sampai konsumen puncak.

Dikenal ada tiga macam piramida ekologi antara lain piramida jumlah, piramida biomassa dan piramida energi. Gambaran ideal suatu piramida ekologi adalah sebagai berikut.

1.     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. 

2.    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. 

3.     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.

Siklus Materi dalam Ekosistem

            Keberadaan makhluk hidup di dunia ini  tergantung pada aliran energi dan siklus materi melalui ekosistem. Kedua proses tadi mempengaruhi jumlah dari organisme-organisme, kecepatan proses metabolisme, dan kompleksitas dari komunitas. Energi dari materi mengalir melalui ekosistem bersama-sama sebagai materi organik, satu sama lainnya tidak bisa dipisah-pisahkan. Tetapi aliran energi adalah satu arah, sekali dimanfaatkan oleh ekosistem akan hilang keluar dari sistem. Sedangkan materi, dalam hal ini berupa materi, melakukan suatu siklus. Atom dari kalsium atau karbon berkemampuan untuk mengalir melalui makhluk hidup dan bagian non-hidup berkali-kali, atau dapat pula dipindah dari suatu ekosistem ke ekosistem lainnya. Berdasarkan ke dua proses itulah ekosistem berkemampuan untuk menjada fungsinya, dan merupakan karakteristika seluruh biosfer.

            Nutrisi yang diperlukan untuk menghasilkan materi organik disirkulasikan ke seluruh ekosistem dan dapat dimanfaatkan berkali-kali. Apabila tumbuhan dan juga hewan mati akan didekomposisikan oleh kegiatan bakteria dan jamur, nutrisi kemudian dikembalikan ke lingkungan abiotik membentuk kumpulan nutrisi sebagai gudang atau reservoir. Dalam ekosistem daratan nutrisi biasanya dilepaskan dan berkumpul dalam tanah, yang kemudian nutrisi-nutrisi ini akan diambil kembali oleh tumbuhan dari gudangnya ini.

            Dengan proses siklus materi ini komponen-komponen organik dan anorganik dipautkan satu sama lain sedemikian rupa sehingga sulit dipisahkan satu sama lainnya.

            Tumbuhan merupakan komponen yang sangat penting, dalam proses aliran energi dan siklus materi, sehingga terjadinya keterpautan antara komponen biotik dengan komponen abiotik dalam ekosistem. Ada dua hal yang termasuk ke dalam siklus materi, yaitu :

1.      Kepentingan Nutrisi dalam Ekosistem

Makhluk hidup memerlukan minimal 30 sampai 40 unsur kimia, dari sekitar 92 unsur-unsur kimia yang diketahui, untuk keperluan hidup dan pertumbuhannya. Nutrisi juga dikenal sebagai garam-garam biogenik yang dapat dikelompokkan dalam dua kelompok utama, yaitu nutrisi makro dan nutrisi mikro.

a.   Nutrisi makro, nutrisi ini diperlukan relatif dalam jumlah yang banyak, dan mempunyai peranan kunci dalam pembentukan protoplasma makhluk hidup. Nutrisi-nutrisi penting yang termasuk kelompok ini adalah hidrogen, karbon, oksigen dan nitrogen. Mereka bersama-sama membentuk sekitar 95 % dari berat kering materi hidup. Keempat nutrisi ini didapatkan dari bentuk gas di atmosfir. Nutrisi lainnya yang termasuk nutrisi makro ini, yang diperlukan dalam jumlah yang relatif lebih sedikit diantaranya adalah kalium, posfor dan sulfur.

b.   Nutrisi mikro, nutrisi ini diperlukan dalam jumlah yang jauh lebih sedikit, tetapi sangat penting untuk kehidupan. Minimal ada sepuluh nutrisi mikro yang diperlukan oleh tumbuhan. Beberapa nutrisi mikro seperti besi, tembaga, seng, karbon, dan boron, berasal dari batuan yang terlepas akibat proses penghawaan.

2.      Siklus Biogeokimia

Telah dipahami bahwa berfungsinya ekosistem tergantung pada sirkulasi dan nutrisi. Apabila nutrisi tidak tersirkulasikan, maka suplai yang telah terjadi akan sia-sia dan pertumbuhan menjadi terbatas. Begitu pentingnya permasalahan ini, beberapa penelitian telah dilakukan untuk menentukan jalannya siklus nutrisi ini.

Berbeda dengan energi, materi kimia yang berupa unsur-unsur penyusun bahan organik/nutrisi dalam ekosistem, berpindah ke trofik-trofik rantai makanan tanpa mengalami pengurangan, melainkan berpindah kembali ke tempat semula. Unsur-unsur tersebut masuk ke dalam komponen biotik melalui udara, tanah atau air. Perpindahan unsur kimia dalam ekosistem melalui daur ulang yang melibatkan komponen biotik dan abiotik ini dikenal dengan sebutan daur biogeokimia. Hal ini menunjukkan adanya hubungan antara komponen biotik dengan abiotik dalam suatu ekosistem. Siklus biogeokimia meliputi :siklus air, siklus sulfur, siklus pospor, siklus nitrogen, Siklus karbon dan oksigen.

a.      Siklus air

Semua organisme hidup memerlukan air untuk melakukan aktivitas hidupnya. Oleh karena itu, ketersediaan air di lingkungan sangat mutlak bagi organisme hidup. Hewan mengambil air, langsung dari air permukaan, tumbuhan dan hewan yang dimakan, sedangkan tumbuhan mengambil air dari air tanah dengan menggunakan akarnya. Manusia menggunakan sekitar seperempat air tanah yang ada di daratan. Air keluar dari hewan dan manusia berupa urin dan keringat, sedangkan pada tumbuhan melalui proses transpirasi.

b.      Siklus sulfur (Belerang)

Sulfur merupakan bahan penting untuk pembuatan semua protein dan banyak terdapat di kerak bumi. Tumbuhan mengambil sulfur dalam bentuk dari tanah, sedangkan hewan dan manusia mendapatkannya dari tumbuhan yang mereka makan. Perhatikan skema daur sulfur di samping ini.

c.      Siklus fosfor

Fosfor merupakan unsur kimia yang jarang terdapat di alam dan merupakan faktor pembatas produktivitas ekosistem, serta merupakan unsur yang penting untuk pembentukan asam nukleat, protein, ATP dan senyawa organik vital lainnya. Fosfor satu-satunya daur zat yang tidak berupa gas, sehingga daurnya tidak melalui udara. Sebagian besar fosfor mengalir ke laut dan terikat pada endapan di perairan atau dasar laut. Begitu sampai di laut hanya ada dua mekanisme untuk daur ulangnya ke ekosistem darat, salah satunya melalui burung-burung laut yang mengambil fosfor melalui rantai makanan laut dan mengembalikan ke darat melalui kotorannya kemudian masuk ke rantai makanan. Perhatikan skema daur fosfor di samping ini.

d.      Siklus Nitrogen

Semua organisme memerlukan unsur nitrogen untuk pembentukan protein dan berbagai molekul organik esensial lainnya. Unsur nitrogen sebagian besar terdapat di atmosfer dalam bentuk gas nitrogen (N2) dan kadarnya 78% dari semua gas di atmosfer. Gas nitrogen ini di atmosfer masuk ke dalam tanah melalui fiksasi nitrogen oleh bakteri (Rhizobium, Azotobacter, Clostridium), alga biru (Anabaena, Nostoc) dan jamur (Mycorhiza) nitrogen yang masuk ke tanah melalui fiksasi diubah menjadi amonia (NH3) oleh bakteri amonia. Proses penguraian nitrogen menjadi amonia disebut amonifikasi. Nitrogen yang masuk ke tanah bersama kilat dan air hujan berupa ion nitrat (NO3−), sedangkan nitrogen yang ada di dalam tubuh tumbuhan dan akan hewan melalui proses mineralisasi oleh bakteri pengurai menjadi amonia. Amonia yang dihasilkan melalui proses amonifikasi dan mineralisasi oleh bakteri nitrit (nitrosomonas dan nitrosococcus) dirombak menjadi ion nitrit (NO2−), selanjutnya ion nitrit dirombak bakteri nitrat (nitrobacter) menjadi ion nitrat (NO3−). Perombakan amonia menjadi ion nitrit, ion nitrit menjadi ion nitrat disebut nitrifikasi. Tumbuhan umumnya menyerap nitrogen dalam bentuk ion nitrat, sedangkan hewan mengambil nitrogen dalam bentuk senyawa organik (protein) yang terkandung pada tumbuhan dan hewan yang dimakan. Sebagian ion nitrat dirombak oleh bakteri denitrifikasi (Thiobacillus denitrificans, Pseudomonas denitrificans) menjadi nitrogen. Nitrogen yang dihasilkan akan kembali ke atmosfer. Proses penguraian ion nitrat menjadi nitrogen disebut denitrifikasi.

e.      Siklus karbon dan oksigen

Unsur karbon di atmosfer dalam bentuk gas karbon dioksida (CO2), sedangkan unsur oksigen dalam bentuk gas oksigen (O2). Konsentrasi (CO2) di atmosfer diperkirakan 0,03%. Karbon dioksida masuk ke dalam komponen biotik melalui organisme fotoautotrop (tumbuhan hijau) dan kemoautotrop (bakteri kemoautotrop) dalam proses fotosintesis dan kemosintesis. Karbon kemudian tersimpan sebagai zat organik dan berpindah melalui rantai makanan, respirasi dan ekskresi ke lingkungan. Sedangkan, oksigen (O2) masuk ke komponen biotik melalui proses respirasi untuk membakar bahan makanan, lalu dihasilkan karbon dioksida (CO2). Daur karbon berkaitan erat dengan daur oksigen di alam kita ini.