21
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar BelakangDaur materi pada suatu lingkungan adalah suatu
gambaran yang penting dalam ekosistem. Materi yang diambil dari
lingkungan oleh tumbuh-tumbuhan dan hewan-hewan akan dikembalikan
ke lingkungan dan dipakai kembali secara terus menerus organisme
dalam proses biogeokimia. Tumbuh-tumbuhan hewan-hewan melepaskan
karbondioksida sebagai hasil pernafasan selulernya ke udara alam
lingkungannya yang kemudian dapat digunakan lagi oleh tumbuhan
dalam proses fotosintesis untuk membuat zat gula, yang kemudian
dimakan oleh ewan-hewan dan melepaskannya kembali. Decomposer
menambah mineral-mineral kedalam tanah, tumbuhan mengambil mineral
itu untuk proses metabolismenya. Bila tumbuhan dan hewan mati,
decomposer akan memprosesnya lagi sebagai sumber mineral dalam
tanah.
Energi yang menjadi penggerak sistem kehidupan semua makhluk
hidup berasal dari tenaga matahari, sedangkan materi yang menysun
organisme berasal dari bumi. Oleh karena itu setiap organisme
terdiri atas mayeri yang juga merupakan bagian dari bumi itu
sendiri.
Setiap bahan kimia yang dibutuhkan organisme sebagai bahan baku
disebut nutrient. Oleh karena suatu bentuk kehidupan tersusun oleh
sebagian senyawa anorganik dan sebagian organic, dan semua fungsi
yang hidup itu ditujukan untuk pemeliharaan pelestarian tubuhnya,
maka suatu organisme haru memperoelh nutrient anorganik, yang
selanjutny dihimpun dalam bentuk hidup itu sendiri.
Hampir 30-40 unsur diperluakan untuk pertumbuhan dan
perkembangan organisme, diantara yang terpenting adalah C, H, O, N,
S, P, K, Ca, Fe, Mg, B, Zn, Cl, Mo, I, dan F. Kebanyakan dari
unsur-unsur ini tidak dapat dipakai langsung oleh organisme, tetapi
diambil dalam bentuk persenyawaan-persenyawaan kimia. Sebagai
contoh hidrogen yang tersedia dalam molekul air yang mempunyai dua
atom hidrogen dan satu atom oksigen. Unsur-unsur ini dan
persenyawaanya, disebut nutrient (zat hara), berpindah-pindah di
dalam rantai makanan makhluk hidup dan lingkunga abiotis yang
merupakan komponen ekosistem dalam suatu daur materi. Secara khusus
dikenal dengan nama daur biogeokimia karena unsur-unsur kimia
terdapat dalam air di dalam bumi, atmosfer, dan batu-batuan dan
tanah di dalam tanah. Dalam makalah ini akan dibahas lebih lanjut
mengenai daur biogeokimia.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam makalah ini adalah sebagai berikut.1.
Bagaimanakah mekanisme daur oksigen?
2. Bagaimanakah mekanisme daur nitrogen?
3. Bagaimanakah mekanisme daur potasium?
4. Bagaimanakah mekanisme daur kalsium?
5. Bagaimanakah peranan unsur mikro dalam daur biogeokimia?
6. Bagaimanakah hubungan ekologi dengan biokimia?1.3 Tujuan
Penulisan
Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah sebagai
berikut.
1. Untuk mengetahui mekanisme daur oksigen.2. Untukmengetahui
mekanisme daur nitrogen.3. Untuk mengetahui mekanisme daur
potassium.4. Untuk mengetahui mekanisme daur kalsium.5. Untuk
mengetahui peranan unsur mikro dalam daur biogeokimia6. Untuk
mengetahui hubungan ekologi dengan biokimia
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Daur OksigenOksigen molekuler (O2) merupakan 20% dari
atmosfer bumi. Pul ini memenuhi seluruh keperluan seluruh organisme
darat yang berespirasi, dan karena melarut dalam air, oksigen juga
merupakan keperluan organisme air. Dalam proses respirasi, oksigen
berfungsi sebagai penerima terakhir untuk elektron yang dilepaskan
dari atom-atom karbon pada makanan. Produk itu adalah air. Daur ini
dilengkapi dalam fotosintesis karena energi cahaya digunakan untuk
pelucutan elektron jauh dari atom-atom oksigen yang ada pada
molekul air. Elektron mereduksi atom-atom karbon (dari
karbondioksida) menjadi karbohidrat. Oksigen molekular tertinggal
dan daur itu menjadi lengkap (Kimball, 1983).Untuk setiap molekul
oksigen yang digunakan dalam respirasi seluler-dilepaskan satu
molekul karbondioksida. Sebaliknya, untuk setiap karbondioksida
yang diambil fotosintesis, dilepaskan satu molekul oksigen.
Penelitian tentang mineral yang terbentuk sangat awal dalam sejarah
bumi menunjukkan bahwa pada satu saat tidak ada oksigen dalam
atmosfer bumi. Dengan evolusi fotosintesis yang menggunakan air,
maka oksigen yang pertama kali muncul. Dengan menganggap permulaan
perkembangan biosfer matang tanpa produktiivtas bersih, yaitu
dengan keseimbangan respirasi dan fotosintesis, maka dapat
dipertanyakan, apa yang dapat menerangkan pul oksigen yang ada
sekarang ini? Setiap molekul oksigen yang terakumulasi di atmosfer
harus merupakan atom karbon yang pernah direduksi dalam
fotosintesis tetapi sejak itu telah terlepas dari oksidasi. Itulah
atom-atom karbon yang tersompan dalam batu bara dan minyak dan
endapan organik lainnya. Juga atom-atom karbon yang menyusun tubuh
biomassa hidup yang tersebar di seluruh dunia dan bagian-bagian
mati dari tumbuhan dan hewan yang sampai sekarang terlepas dari
pembusukan (Kimball, 1983).Pada waktu membakar bahan bakar fosil,
kita menggunakan sejumlah oksigen yang terdapat di atmosfer ketika
atom-atom karbon bahan bakar tersebut mula-mula direduksi.
Realisasi ini menimbulkan perkiraan bahwa karena kita membakar batu
bara, minyak dan gas alam dalam jumlah yang selalu meningkat, kita
mungkin secara serius menghabiskan konsentrasi oksigen dalam udara.
Perkiraan-perkiraan tentang cadangan bahan bakar ini di bumi dibuat
dari waktu ke waktu. Bahkan jika kita menerima perkiraan yang
paling banyak dibuat, pembakaran bahan ini secara total akan
menghabiskan pul oksigen atmosferik sebanyak tidak lebih dari 2-8%.
Sebagian besar karbon yang tereduksi dari bumi ini disebarkan
terlalu tipis dan atau terlalu dalam dibenam agar berguna sebagai
bahan bakar. Akan tetapi, kehadirannya merupakan penyangga besar
terhadap jatuhnya tingkat oksigen secara drastik. Bahkan jika
konsentrasi oksigen benar-benar jatu sampai 8%, efeknya terhadap
manusia akan kurang daripada konsentrasi oksigen yang bergerak dari
kota New York ke Denver. (Pada ketinggian 5000 kaki, konsentrasi
oksigen di udara itu 18% lebih kecil daripada konsentrasi oksigen
dalam laut). Pembakaran seluruh bahan bakar fosil kita benar-benar
akan menimbulkan masalah (misalnya, pencemaran udara) jauh lebih
gawat daripada efek pada pul oksigen (Kimball, 1983).Sementara
kegiatan manusia tidak memperlihatkan tanda-tanda mempunyai efek
yang berarti terhadap kandungan oksigen dalam udara, hal ini tidak
benar bagi lingkungan air. Banyak sungai kecil dan danau di
Negara-negara industry yang padat menderita kekurangan oksigen
terlarut secara berkala. Hal ini seringkali demikian hebatnya
sehingga beberapa organisme air tertentu tidak lagi mampu bertahan
hidup. Faktor penyebab itu ialah pembuangan limbah organic dan
limbah lainnya kedalam air. Limbah-limbah ini dihancurkan oleh
organisme pembusuk, yang menggunakan oksigen terlarut dalam proses
tersebut. sebenarnya, indikator paling banyak dipakai dari
pencemaran air ialah Biochemical Oxygen Demand, BOD. Inilah ukuran
untuk oksigen yang diperlukan untuk mengoksidasi secara lengkap
bahan yang ada dalam air. Makin besar BOD suatu sungai atau danau,
makin sedikit oksigen yang tersedia untuk organisme yang biasanya
hidup di situ. Bagi yang persyaratan oksigennya tinggi (umpamanya
kebanyakan ikan), BOD yang meningkat mengancam kemampuannya untuk
bertahan hidup (Kimball, 1983).
Interaksi bersama dalam ekosistem adalah daur oksigen dan karbon
dioksida. Selama proses fotositesis, tumbuh-tumbuhan mengambil
karbondioksida dan mengeluarkan oksigen. Pada saat lain tumbuhan
dan hewan juga mengeluarkan karbondioksida dalam kegiatan
respirasinya. Karbon dioksida ini selalu tersedia dan dipakai dalam
kegiatan makhluk hidup yang menggambarkan suatu sistem
ketergantungan untuk memanfaatkan seluruh materi seperti karbon
dioksida secara keseluruhan (Kimball, 1983).
Karbon merupakan bahan dasar pembentuk molekul organik untuk
kehidupan. Kebanyakan tumbuhan yang ditemukan di atas tanah
mendapatkan karbon dioksida dari atmosfer (0,03%). Tumbuh-tumbuhan
mikroskopik yang terapung di lautan yang dikenal sebagai
fitoplakton mendapatkan karbon dari sejumlah besar karbon dioksida
yang terlarut di dalam air yang menutupi dari permukaan bumi kita.
Tumbuh-tumbuhan hijau menggunakan energi matahari untuk menyatukan
karbon dioksida dan air untuk membentuk zat hara organik seperti
glukosa dalam proses fotosintesis, yang digambarkan dalam reaksi
sebagai berikut:
Karbon dioksida + air + tenaga matahari Glukosa + Oksigen
6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2
Kemampuan dari tumbuh-tumbuhan hijau membentuk molekul gula ini
memberikan kehidupan di alam ini untuk mendapatkan tenaga bagi
kehidupannya.
Produsen, konsumen dan dekomposer merubah karbon ini dalam
makanannya dan mengembalikannya ke alam dalam bentuk karbon
dioksida dan air dalam proses respirasi sel. Respirasi sel ini
memberikan tenaga tumbuh-tumbuhan dan hewan-hewan untuk hidup
dengan menggunakan molekul gula untuk dirombak denga oksigen. Hal
ini dapat dituliskan dalam persamaan reaksi di bawah ini:
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + tenaga
Tanaman membebaskan oksigen pada waktu fotolisis di air selama
fotosintesis. Gas oksigen dipergunakan dalam respirasi pada seluruh
organisma dalam oksidasi organic, dimana oksigen ini sangat berguna
bagi kehidupan sehari-hari (Kimball, 1983).
Oksigen yang bebas sebenarnya bukan yang murni tetapi
kadang-kadang dapat berupa CO2, oksigen yang murni hanya
kemungkinan kepada cahaya ultra violet yaitu pada pagi hari. CO2
ini dapat juga terjadi hasil dari oksidasi pelapukan maupun
pengendapan-pengendapan di dalam tanah baik dari hewan maupun dari
manusia (Kimball, 1983).
Oksigen yang bebas tadi diambil oleh makhluk hidup yaitu
tumbuhan dan hewan. Setelah oksigen ini memasuki tubuh makhluk
hidup maka terjadi suatu pertukaran zat yaitu pada waktu respirasi,
meskipun oksigen yang dikeluarkan itu tidak murni dalam pengertian
sudah bercampur dengan gas-gas lain. Kalau pada manusia dan hewan
terjadinya respirasi tadi waktu bernafas maka pada tumbuh-tumbuhan
terjadi pada waktu penguapan yaitu pada siang hari. Daur itu dapat
digambarkan sebagai berikut:
Gambar 2.1 Daur Oksigen (Sumber: www.britannica.com)2.2 Daur
Nitrogen
Semua makhluk hidup memerlukan atom nitrogen untuk pembentukan
protein dan berbagai molekul organik esensial lainnya. Udara yang
berisi 79% nitrogen, berfungsi sebagai reservoar bahan ini.
Walaupun ukuran pul nitrogen itu besar, acap kali merupakan unsur
pembatas bagi makhluk hidup. Hal ini karena kebanyakan organisme
tidak dapat menggunakan nitrogen dalam bentuk unsur, yaitu, sebagai
gas N2. Agar tumbuhan dapat membuat protein, tumbuhan harus
memperoleh nitrogen dalam bentuk terfiksasi (terikat), yaitu
tergabung dalam senyawa-senyawa. Bentuk yang paling umum digunakan
ialah sebagai ion nitrat, NO3-. Meskipun demikian, substansi lain
seperti ammonia, NH3, dan urea (NH2)2CO, digunakan secara berhasil,
baik dalam sistem alam maupun sebaga pupuk dalam pertanian
(Kimball, 1983).Nitrogen, unsur keempat dari unsur-unsur makro,
penting dalam pembentukan protein-protein yang dibuat setengah dari
tubuh berat kering suatu makhluk hidup. Pada proses ini, nitrogen
ditambahkan pada molekul gula membentuk sejumlah asam amino yang
berbeda-beda dalam membentuk senyawa protein itu. Protein tidak
hanya penting untuk komponen dari otot bagian dalan dan bagian lain
dari tubuh, tetapi juga enzim yang membuat keseimbangan dari
kecepatan reaksi-reaksi kimia dalam kehidupan ini. Meskipun 4/5
dari atmosfir kita terdiri dari Nitrogen, tumbuhan tidak dapat
mengasimilasikannya secara langsung tetapi tetapi harus
mengabsorbsinya dari dalam tanah dalam bentuk partikel muatan
listrik yang disebut ion-ion, yang terbentuk pada garam-garam yang
larut dalam air. Sebagai contoh, suatu molekul sodium dengan muatan
positif (Na+) dan satu ion dari Nitrat (NO3) dengan muatan negatif
tunggal. Ion-ion ini berpindah di sekitar secara bebas di sebagai
larutan tanah dan akan memasuki rambut sel tanaman secara selektif
dari membaran-membran atau selaput dinding sel (Ramli,
1989).Fiksasi Nitrogen. Molekul nitrogen, N2, sangat lamban. Untuk
memecahkan molekul itu agar atom-atomnya dapat bergabung dengan
atom-atom lain diperluka pemasukan sejumlah besar energi. Tiga
proses berperan penting dalam fiksasi nitrogen dalam biosfer. Salah
satu diataramya ialah halilintar. Energi yang luar biasa besarnya
pada halilintar memecahkan molekul-molekul nitrogen dan
memungkinkan bergabung dengan oksigen dalam udara. Proses ini
analog dengan yang terjadi dalam mesin pembakar internal. Nitrogen
oksida terbentuk yang larut dalam hujan membentuk Nitrat. Dalam
bentuk ini senyawa itu terbawa ke bumi. Fiksasi nitrogen di
atmosfer ini mungkin diperkirakan sekitar 5-8% dari keseluruhannya
(Kimball, 1983).Keperluan akan nitrat dalam pembuatan bahan peledak
yang konvensional mengakibatkan perkembangan proses fiksasi
nitrogen secara industri di Jerman, pada Perang Dunia I. Dalam
proses hidrogen ini (biasanya berasal dari gas alam atau petroleum)
dan nitrogen bereaksi untuk membentuk ammonia, NH3. Agar reaksi itu
berjalan secara efisien, harus dalam suhu tinggi (600C), dengan
tekanan yang tinggi sekali, dana da suatu katalisator. Sekarang,
sebagian besar nitrogen terfiksasi secara industry digunakan
sebagai pupuk. Produk semula, ammonia, dapat digunakan secara
langsung sebagai pupuk. Akan tetapi, sebagian besar daripadanya,
diproses lebih lanjut menjadi pupuk biasanya lainnya, misalnya urea
dan amonium nitrat, NH4NO3. (Kimball, 1983).Keperluan pertanian
yang semakin meningkat telah menyebabkan produk nitrogen terfiksasi
secara industri semakin meningkat. Mungkin sebanyak sepertiga dari
seluruh fiksasi nitrogen yang terjadi sekarang dalam biosfer
dicapai secara industri. Hal ini benar-benar merupakan gangguan
manusiawi yang luar biasa terhadap fungsi biosfer. Secara pasti
produktivitas pertanian kita bergantung pada laju fiksasi nitrogen
yang sekarang ini amat tinggi. Akan tetapi, efek sampingnya yang
merusak dapat terlihat pada danau dan sungai karena pupuk nitrogen
merembes dari tanah pertanian sekitarnya (dan lapangan rumput) dan
menyuburkan kembang algae. (Kimball, 1983).Pengaruh kita terhadap
laju fiksasi tidak terbatas pada kegiatan industry. Budidaya
polong-polongan secara meluas, khususnya alfalfa (Medigcago sativa)
dan kacang kedelai telah sangat meningkatkan laju fiksasi nitrogen
secara meluas. Legume adalah family tumbuhan polong (termasuk
kacang polong, alfalfa, dan semanggi) yang akar-akarnya dihuni oleh
bakteri-bakteri gram-negatif dari genus Rhizobium. Bakteri-bakteri
itu mampu meningkat nitrogen atmosfer, baik bagi inangnya maupun
bagi dirinya sendiri (Kimball, 1983).Mikroorganisme tertentu
lainnya dapat mengikat nitrogen atmosfer. Sebenarnya, kemampuan
mengikat nitrogen ternyata merupakan kemampuan prokariota
semata-mata. Beberapa aktinomisetes hidup bergabung dengan tumbuhan
selain legume. Bakteri lain yang mengikat nitrogen (misalnya
Azotobacter, Clostridium) hidup bebas dalam tanah. Beberapa algae
hijau-biru juga mampu mengikat nitrogen dan berperan dalam
mempertahankan kesuburan lingkungan sedikit berair (semiakuatik)
seperti sawah-sawah (Kimball, 1983).
Meskipun sudah banyak penelitian dilakukan, masih belum kelas
bagaimana pengikat nitrogen mampu mengatasi penghalang energi
tinggi yang terlibat dalam proses itu. Pengikat-pengikat itu
memerlukan suatu enzim, yang dinamakan nitrogenase, dan pemakaian
ATP yang sangat besar. Walaupun produk pertama yang stabil dalam
proses itu yang mengandung nitrogen. Lalu untuk tujuan kita,
fiksasi nitrogen menuju kepada penggabungan nitrogen dengan protein
tumbuhan (dan protein mikroba). Tumbuhan yang tidak mempunyai
keuntungan dari gabungan pengikat nitrogen membuat proteinnya dari
nitrogen yang diambil dari tanah - biasanya sebagai nitrat
(Kimball, 1983).Pembusukan. Protein yang dibuat oleh tumbuhan masuk
dan melalui jaring-jaring makanan seperti pada karbohidrat. Pada
setiap tingkatan trofik, terdapat kehilangan yang kembali ke
sekitarnya, terutama dalam ekskresi. Yang terakhir mengambil
keuntungan dari senyawa nitrogen organik ialah mikroorganisme
pembusuk. Melalui kegiatan molekul-molekul yang mengandung nitrogen
organik dalam ekskresi dan bangkai itu dirombak menjadi ammonia
(Kimball, 1983).Nitrifikasi. Amonia dapat secara langsung diambil
oleh tumbuhan melalui akar dan sebagaimana diperagakan dalam
beberapa spesies, melalui daun-daunnya. (Yang terakhir ini bila
dihadapkan pada gas ammonia yang berlabelkan isotope, menggabungkan
label tersebut dalam proten). Akan tetapi, sebagian besar ammonia
yang dihasilkan oleh pembusukan diubah menjadi nitrat. Hal ini
terlaksana dalam dua langkah. Bakteri genus Nitrosomonas
mengoksdasi NH3 menjadi nitrit (NO2-). Nitrit kemudian
dioksidasikan menjadi nitrat (NO3-) oleh bakteri genus Nitrobacter.
Kedua kelompok bakteri hemoautotrofik ini disebut bakteri
nitrifikasi. Melalui kegiatannya (yang menyediakan baginya semua
keperluan energinya), nitrogen dengan mudah tersedia bagi akar
tumbuhan (Kimball, 1983).Denitrifikasi, jika proses-proses yang
dibahas di atas itu merupakan cerita lengkap mengenai daur
nitrogen, kita akan dihadapkan reduksi tetap dalam pul nitrogen
atmosfer yang bebas karena menjadi terikat dan mulai mendaur
melalui berbagai ekosistem. Proses lain, denitrifikasi, mereduksi
nitrat menjadi nitrogen, dengan demikian mengisi kembali atmosfir.
Sekali lagi, bakteri adalah gen yang terlibat. Bakteri-bakteri ini
hidup jauh didalam tanah dan dalam sedimen cair yang jumlah
oksigennya sangat terbatas. Bakteri tersebut menggunakan nitrat
sebagai suatu alternatif terhadap oksigen untuk akseptor electron
terakhir dalam respirasinya. Dengan demikian mereka menutup daur
nitrogen. Apakah aktivitas bakteri tersebut sama cepatnya dengan
efisensi yang terus menurus meningkat dalam memajukan fiksasi
nitrogen masih harus diselidiki (Kimball, 1983).
Gambar 2.2 Daur Nitrogen (Sumber: www.swac.umn.edu)2.3 Daur
Potassium
Potasium, Kalsium dan Magnesium merupakan 3 unsur makro yang
diabsorbsi sebagai ion-ion positif, K+ Ca++ dan Mg++. Pada
ekosistem darat, partikel-partikel tanah liat dan humus merupakan
bagian yang penting dalam daur karena muatan negatif akan beraksi
dengan ion-ion positif dan menyimpannya dari proses pencucian dan
terkikisnya dari suatu ekosistem. Ion-ion ini menjadi tersedia bagi
tumbuh-tumbuhan pada saat akar tanaman menghasilkan ion-ion muatan
positif dari H+ yang tersedia dalam larutan tanah dan menempati
daerah permukaan tanah liat dan partikel-partikel humus (Ramli,
1989).Dimulai dengan potasium, kalsium dan magnesium yang
kesemuanya berperan dalam pertumbuhan dan perkembangan dari daun,
kita ambil contoh daur dari ion-ion ini di dalam hutan. Setelah
diabsorbi dari air tanah oleh akar tanaman seperti pohon, kemudian
di angkut ke atas menuju batang dan menumbuhkan daun-daun, dimana
potasium mengontrol pembelahan sel-sel, kalsium menjadi bagian dari
lapisan lamella dari dinding sel tanaman, dan magnesium
diasimilasikan ke dalam molekul-molekul klorofil. Pada akhir dari
musim pertumbuhan, daun jatuh ke lantai hutan kembali. Di sini,
proses dekomposisi mengembalikan unsur-unsur hara ini kedalam
tanah, dan kembali tersedia untuk diabsorbi tanaman lagi. (Ramli,
1989).
Gambar 2.3 Daur Potassium (Sumber:
http://www.depi.vic.gov.au)2.4 Daur Kalsium
Senyawa kalsium sangat umum ditemukan dalam batuan-batuan di
bumi. Beberapa senyawa mudah larut, sehingga kalsium juga terdapat
dalam air. Organisma mengambil senyawa yang larut ini bersamaan
dengan kegiatannya seperti mengambil untuk minum (Ramli, 1989).
Tumbuh-tumbuhan darat menyerap senyawa-senyawa kalsium dari
tanah. Kalsium dalam tumbuh-tumbuhan dapat berpindah ke konsumen
tingkat pertama ke konsumen tingkat kedua, atau setiap tahap
kalsium dapat dikembalikan ke tanah atau air oleh saprovor. (Ramli,
1989).
Bermacam-macam organisma menggunakan senyawa kalsium untuk
membangun kerangkanya, biasanya dalam bentuk rumah kerang yang
dapat diuraikan oleh saprovor, sehingga jika organisma ini mati,
kerangkanya terhapus di dasar lautan, danau atau kolam. Selama
berjuta-juta tahun jerangka ini menjadi padat sekali disebabkan
proses-proses pembentukan dalam kulit bumi, sehinga terbentuklah
batuan-batuan. Kelak batu-batuan ini terangkat ke atas membentuk
bukit-bukit atau gunung-gunung, kemudian senyawa-senyawa dari
batuan ini larut lagi dan masuk ke dalam daur air, melalui
parit-parit dan anak sungai terus menuju laut. Arus dari daur ini
kembali ke laut (Ramli, 1989).
Gambar 2.4 Daur Kalsium (Sumber:
http://www.eco-gem.com/calcium-cycle/)2.5 Unsur mikro
Unsur-unsur mikro mempunyai peranan yang utama sebagai bagian
yang penting dari sitem enzim yang berbeda-beda. Klorin
kelihatannya memainkan peranan dalam menghasilkan ATP. Sodium
terdapat sebagai unsure yang diperlukan oleh tanaman beet untuk
menghasilkan pembesaran akar. Bila mana satu tanaman tidak
mempunyai unsure boron, maka sel-sel meristemnya yang bertanggung
jawab untuk pertumbuhan akar-akar, batang-batang dan daun-daun akan
mati. Beberapa unsure-unsur mikro, diperlukan untuk fungsi-fungsi
tertentu dalam tubuh beberapa tanaman. Sebagai contoh, Diaptomae
dari anggota fitoplankton ber sel satu memerlukan silicon untuk
membangun dinding yang indah dari dinding sel tubuhnya, dan pada
ekosistem darat, silicon yang sama akan membantu memperkuat
batang-batang dari rumput-rumput. Unsur-unsur mikro terdapat
sebagai garam-garam mineral, diabsorbsi kedalam tumbuh-tumbuhan
dalam bentuk ion-ion, dan mengikat daur yang seruoa dengan belerang
dan potassium (Ramli, 1989).Daur ManganTersedia dalam bentuk ion,
terdapat di dalam tanah alkalis yang mengandung bahan-bahan organik
yang tinggi. Dalam keadaan aerobik, mangan (Mn) dioksidasi:
rekasinya sebagai berikut:
MnO ( MnO2 jadi dari Mn2- ke Mn-Kesamaan tanah dengan kandungan
bahan organik yang rendah dan dalam keadaan aerobic dapat
mengakibatkan keracunan.
Silikon (Si)
Merupakan unsur yang penting pada lingkungan lautan, sebagai
bahan dari dinding penutup Diatome, Radiolaria, Flagellata dan
dapat sebagai regulator dari pengaruh pH di larutan.
Si terbentuk dari bahan yang terdapat dari peapukan batuan , dan
akan mencapai laut dalam keadaan terlarut yang merupakan particulat
dari aliran air dalam bentuk persenyawaan Si (OH)4 yang akan
dipergunakan Diatomae untuk pertumbuhan dan pembelahan selnya.
Dalam Si ditemukan dalam reaksi persenyawaan dibawah ini :
3A12SiO5(OH) + 4SiO2 + 2K + 2Ca++ 39H2O ( 2 KCaAL3Si5O16(H2O)6 +
6H+Merkuri (Hg)
Merkuri terdapat dalam bentuk persenyawaan yang terdapat pada
hati vertebrata dan ginjal. Dalam bentuk persenyawaan
methyl-mercury dapat membahayakan organisme yaitu menurunkan
kemampuan kerja dari fungsi system saraf pusat. Keracunan dapat
melalui ikan-ikan. Anak-anak dapat pula mengalami keracunan karena
mengkonsumsi hewan yang memakan biji tumbuhan yang mengandung
senyawa phenyl mercuric asetat (Ramli, 1989).Merkuri memasuki
atmosfera dalam bentuk gas dan partikulat yang terbentuk dari
proses alam seperti aktivitas gunung berapi; dan dapat pula dari
aktivitas manusia seperti pembakaran minyak/bantuan dan pemakaian
fungisida yang mengandung senyawa merkuri. Unsure ini kembali ke
alam dibawa oleh hujan yang akan membuat kontaminasi pada
sungai-sungai dan mengalir sampai ke laut. Senyawa metal merkuri
terjadi pada tubuh zooplankton yang mengkonsumsi fitoplankton
seperti diatomae dan dinoflagellata; kemudian konsumen primer,
kopepoda yang memakan organisme zooplankton mengakumulasikan metal
merkuri sehingga konsentrasi persenyawaan itu semakin tinggi pada
hewan itu dan berjalan terus sebagai suatu rantai makanan yang
kemudian dimakan oleh ikan-ikan dengan jalan mengabsorbsi kembali
metil merkuri lewat gill epithelium dan melewati jaringan epidermis
(Ramli, 1989).Aktivitas manusia dalam daur merkuri di alam ini
relatif kecil dibandingkan dengan yang terjadi secara alami,
sehingga kadang-kadang diabaikan; tetapi dengan melihat pengaruh
yang memberikan dampak negatif di atas maka sebaiknya aktivitas
yang akan membahayakan manusia harus dikurangi dan dicegah (Ramli,
1989).Suatu Model Daur Zat Hara
Ahli ekologi mendapatkan cara yang mudah dalam mepelajari
pergerakan zat hara di dalam ekosistem dengan membentuk ukuran yang
khas yang disebut compartments. Untuk suatu sistem daratan, model
yang digambarkan dalam Gambar 2.5, menunjukkan tempat zat hara pada
4 kompartemen yaitu: kompartemen organik, kompartemen zat hara yang
tersedia, partikel mineral dan kompartemen bantuan, dan kompartemen
atmosfera. Pada kompartemen organik, zat hara merupakan kelompok
organisme yang makroskopis dan mikroskopis, sebagia organism hidup
yang mati dan hancuran organik. Kompartemen zat hara yang tersedia
terdiri dari ion-on hara yang terdapat baik dalam air tanah tau
tersimpan pada permukaan tanah liat dan partikel humus. Partikel
mineral dan kompartemen batuan mengandung zat hara yang secara
temporer tidak tersedia untuk organisme hidup karena terikat dengan
partikel-partikel mineral dan batuan. Dalam proses waktu yang
panjang, akan tersedia disebabkan proses pelapukan, nutrient pada
permukaan akan dilepaskan sebagai ion-ion menjadi hara yang
tersedia bagi organism. Kompartemen atmosfera mengandung gas-gas
yang dipatkan diatas dan didalam tanah (Ramli, 1989).
Gambar 2.5 Model daur zat hara (Ramli, 1989)Tanda panah
menunjukkan pergerakan dari zat hara dari satu kompartemen ke
bagian lainnya. Pada saat ahli ekologi menemukan suatu daur pada
ekosistem, dia kan mengukur berapa banyak tiap-tiap hara yang
diprtukarkan diantara kompartemen itu dalam satuan waktu. Rata-rata
dari pergerakan zat hara itu lebih penting dalam mengetahui
produktivitas biologis dari pada sejumlah yang terdapat hanya pada
satu tempat saja. Para ahli pengetahuan juga menemukan isotop
radioaktif sangat menolong dalam mengikuti rata-rata pergerakan
dari atom yang bergerak dianatar kompartemen (Ramli, 1989).Diagram
juga menunjukkan pergerakan zat hara dari suatu ekosistem ke
ekosistem lainnya. Pada saat materi memasuki suatu ekosistem
sebagai suatu masukan, dan kemudian meninggalkannya sebagai suatu
keluaran. Keadaan yang menyebabkan pergerakan ini dapat disebabkan
oleh meteorologist, geologis ataupun biologis. Daun yang jatuh ke
dalam danau memperlihatkan masukan meteorologis. Erosi tanah karena
longsornya permukaan tanah dapat digambarkan sebagai keluaran
geologis. Seekor hewan yang makan tumbuh-tumbuhan dalam suatu
padang rumput dan kemudian membuang materi fesesnya dalam hutan
dapat dimasukan sebagai keluaran biologis dari suatu lapangan dan
masukan biologis kedalam hutan (Ramli, 1989).Ketika membangun suatu
kumpulan zat hara untuk suatu ekosistem, seorang ahli ekologi harus
mengambil perhitungan berapa banyak tiap-tiap zat hara memasuki dan
meninggalkan system itu dalam unit waktu, sebagai contoh, dalam
memperkirakan hujan dan salju sebagai masukan yang dibawa secara
meteorologis dan arus air sebagai keluaran tranpor dari geologis
yang utama. Untuk mengenal apakah ekosistem telah gain terbangun
atau hilang dari zat haranya, ahli ekologi akan mengukur sejumlah
hujan yang incoming dan salju, dan perginya air yang mengalir dan
kemudian menganalisisnya konsentrasi-konsentrasi zat hara itu
(Ramli, 1989).2.6 Ekologi Biokimia
Kemajuan dan perkembangan pada geografi botani dan ekologi
tumbuh-tumbuhan menyebabkan pengertian-pengertian yang lebih baik
di dalam memahami pengaruh kimia pada lingkungan. Ahli geografi
botani dan taksonomi telah banyak mencatat spesifisitas dari
flora-flora pada daerah-daerah timbunan kapur dan batu lem lainnya.
Yang sangat dikenal dengan istilah tumbuh-tumbuhan Halophylic, yang
dapat pula hidup pada kadar garam dalam tanah. Tumbuh-tumbuhan
halophylic ini adalah dari familia Chenopodiaceae, Frankeniaceae,
dan Tamaricaceae, yang keberadaannya pada tanah-tanah yang berkadar
garam tinggi (Ramli, 1989).
Sifat-sifat umum dari vegetasi di daratan yang kaya dengan
unsur-unsur tambahan telah banyak diketahui. Flora-flora yang
bervariasi seperti jenis Halmeine yang biasanya terdapat pada tanah
yang kaya dengan zinkum (Zn), ternyata mengandung selenium, copper,
nikel, chrom, cobalt, barium, berrilium, dan flora lain yang sesuai
dengan unsur yang paling menonjol yang terdapat dalam tanah.
Tumbuh-tumbuhan yang bersama-sama Halmeine juga ditemukan sebagai
variasi/spesies baru pada lokal itu dibawah pengaruh dari kondisi
tanah yang ada disana. Contoh dari tumbuh-tumbuhan itu adalah Viola
calaminaria, Thlapsi alpestre spp., Minuartia verna spp., Armenia
calaminaria, Armenia halleri (Ramli, 1989).
Perhatian utama dari mempelajari flora yang mengandung serpenti
yang tumbuh pada batuan ultra basicperiodotie, olivinite, dan
hasil-hasil metamorfosisnya yaitu serpentin-serpentin itu.
Tanah-tanah disitu mengandung magnesium, nikel, chrom, dan kobalt;
tetapi sedikit sekali mengandung Calsium. Seluruh bagian dari
daerah serpentin menunjukkan gambaran sebagai berikut:
1) Kesuburan tanah yang rendah.
2) Vegetasi sangat jarang dan tumbuhan bersifat xerofit.
3) Satu flora kaya dengan indigenous spesies yang menunjukkan
vegetasi yang sangat tajam sekali perbatasan dengan territorial
sekitarnya.Sebagai contoh, Cerestium alpinum varietas
serpentinicola dan Visicaria alpine var serpentinicola.
Zakharov dan Zakharova (1970) menemukan suatu area terbuka
dengan batuan dan timbunan batuan yang mengandung kobalt di Tuva,
dimana terdapat copper lebih banyak dibandingkan kobalt dan nikel.
Pada area ini ditemukan spesies Artemisia frigida dan spesies
Actogeron hanya kadang-kadang saja ditemukan (Ramli,
1989).Vinogradov (1983) menemukan 2 macam daerah penyebaran
biokimia ini. Daerah pertama terdapat pada daerah yang kecil maupun
area yang luas dan sering pula ditemukan pada tanah dengan zona
iklim yang khas. Karena itu dikenal dengan nama daerah zonal
biokimia. Memiliki tanah podsol dan tanah hutan turf-podsol, yang
memanjang dari USA sampai keseluruhan daratan Eropa, Belanda,
Denmark, Polandia, Baltic dan USSR, dan kemudian menyeberang
sepanjang Siberia dan terus ke timur sepanjang sungai Zea dan
Burea. Area geokimia ini memiliki ciri khas dengan adanya Calsium,
Pospor, potanssium, cobalt, copoer, iodine, Boron, Molybden, dan
elemen lainnya (Ramli, 1989).Tipe kedua dari daerah geokimia itu
yaitu daerah yang distribusiya tidak berhubungan dengan tanah zona
iklim itu itu yang dikenal dengan istilah tipe azonal;
(interzonal). Ciri khas ini ditandai dengan adanya timbunan garam,
sesuatu yang dapat muncul karena gejala volkanik, adanya kepingan
batuan dan timbunan terjadi secara alamiah yang terjadi
bersama-sama unsur-unsur kimia dalam lingkungan dan organsme yang
terdapat di dalamnya. Contoh daerah ini yaitu daerah yang
mengandung Boron yang terdapat pada timbunan boron di Lake Tinder;
Flour yang terdapat sekitar gunung yang aktif, dan molybden di
Kaukasus (Ramli, 1989).Selama 30 tahun yang lalu telah diketahui
daerah geokimia yang dapat menimbulkan akibat karena kelebihan atau
defisiensi dari lebih 30 unsur-unsur kimia, seperti kobalt, iodine,
seng, molybden, tembaga, selenium, mangan, berilium dan sebagainya.
Informasi banyak ditemukan dalam berbagai publikasi seperti adanya
pengaruh pemakaian kobalt pada ternak. Pengobatan dengan tablet
yang mengandung kobalt selama 35 hari telah memperbaiki kondidi
dari ternak it menjadi normal kembali; Pemakaian konsentrasi yang
tinggi dari Boron bisa mematikan tumbuhan; Kelebihan Boron juga
menyebabkan rontoknya rambut dari tubuh biri-biri (Ramli,
1989).Kovalsky dan Petrunina (1964) menyimpulkan bahwa bentuk
fisiologi terdiri dari fase-fase evolusi penting dalam kemampuan
megadaptasi dari tumbuh-tumbuhan pada lingkungan geokimianya.
Bentuk-bentuk itu dapat ditemukan sebagai bentuk konsentrasi
obligat maupun fakultatif untuk mencegah penyebaran sifat-sifat dan
perkembangan dari fisiologis varitas baru. Akhir dari fase seleksi
itu adalah dalam keadaan tidak mampu beradaptasi ataupun kematian
dimana bentuk adaptasi itu adalah perkembangan dari spesies
formasi, sebagai berikut:
Gambar 2.6 Skema menggambarkan bentuk tanggapan (respon) dari
tumbuhan pada konsentrasi yang tinggi dari unsur-unsur kimia pada
lingkunganBAB IIIPENUTUP
3.1 Kesimpulan
1. Siklus oksigen adalah proses pertukaran oksigen di bumi ini
yang berlangsung secara terus menerus tidak ada habisnya. Dengan
siklus, pertama Oksigen yang bebas tadi diambil oleh makhluk hidup
yaitu tumbuhan dan hewan. Setelah oksigen ini memasuki tubuh
makhluk hidup maka terjadi suatu pertukaran zat yaitu pada waktu
respirasi, meskipun oksigen yang dikeluarkan itu tidak murni dalam
pengertian sudah bercampur dengan gas-gas lain. Kalau pada manusia
dan hewan terjadinya respirasi tadi waktu bernafas maka pada
tumbuh-tumbuhan terjadi pada waktu penguapan yaitu pada siang
hari.
2. Siklus Nitrogen dalam bentuk bebas diikat dalam bentuk
amoniak dan juga dalam bentuk nitrat.Siklus nitrogen dapat terjadi
melalui rangkaian proses yang saling berhubungan, yakni, fiksasi,
pembusukan, nitrifikasi juga. Denitrifikasi. Nitrogen memegang
peranan kritis dalam siklus organic dalam menghasilkan asam-asam
amino yang membuat protein.
3. Daur potasium terdiri dari 3 unsur makro yaitu potasium,
kalsium dan magnesium yang kesemuanya berperan dalam pertumbuhan
dan perkembangan dari daun.4. Daur Kalsium yaitu ketika
tumbuh-tumbuhan darat menyerap senyawa-senyawa kalsium dari tanah.
Kalsium dalam tumbuh-tumbuhan dapat berpindah ke konsumen tingkat
pertama ke konsumen tingkat kedua, atau setiap tahap kalsium dapat
dikembalikan ke tanah atau air oleh saprovor.
5. Unsur-unsur mikro mempunyai peranan yang utama sebagai bagian
yang penting dari sitem enzim yang berbeda-beda. Contohnya Klorin
memainkan peranan dalam menghasilkan ATP, Mangan, Silikon dan
Merkuri.6. Kemajuan dan perkembangan pada geografi botani dan
ekologi tumbuh-tumbuhan menyebabkan pengertian-pengertian yang
lebih baik di dalam memahami pengaruh kimia pada lingkungan.
Seluruh bagian dari daerah serpentin menunjukkan gambaran sebagai:
Kesuburan tanah yang rendah, Vegetasi sangat jarang dan tumbuhan
bersifat xerofit, Satu flora kaya dengan indigenous spesies yang
menunjukkan vegetasi yang sangat tajam sekali perbatasan dengan
territorial sekitarnya.
DAFTAR RUJUKANDavidson, Daniel. 2014. The Calcium Cycle.
(Online), (http://www.eco-gem.com/calcium-cycle/), diakses 14 Maret
2015. Kimball, John W. 1983. Biologi Jilid 3 Edisi ke 5. Jakarta:
Erlangga.Ramli, Dzaki. 1989. Ekologi. Jakarta: Depdikbud Direktoral
Jenderal Pendidikan Tinggi Proyek Pengembangan Lembaga Pendidikan
Tenaga Pendidikan.The State of Victoria. 2015. What Nutrients Do
Plants Require. (Online), (http://www.depi.vic.gov.au), diakses 14
Maret 2015.University of Minnesota. 2014. Ntrogen Cycle. (Online),
(www.swac.umn.edu), www.britannica.com
1
3
19