10.EKOLOGI TANAMAN

1 Nihla Farida: BIOLOGI_Ekologi Tumbuhan_Gsl_2013-2014

EKOLOGI TUMBUHAN

Mengenal Ekologi Tumbuhan

Secara harfiah, ekologi berasal dari dua kata yakni Oikos dan Logos (Ernest Haeckel, 1866). Oikos berarti rumah sedangkan logos berarti ilmu. Dengan demikian, ekologi bisa diartikan sebagai sebuah ilmu yang mempelajari mahluk hidup dengan lingkungannya. Bagaimana dengan ekologi tumbuhan? Secara sederhana, ekologi tumbuhan diartikan sebagai sebuah ilmu yang fokus pada pembelajaran mengenai hubungan timbal dan balik antara tumbuhan dengan habitat tumbuhnya. Kajian pokok ekologi tumbuhan ini adalah melihat pengaruh tumbuhan terhadap lingkungan dan juga pengaruh lingkungan terhadap perkembangan tumbuhan tersebut.

Ekologi dibagi atas dua kelompok yaitu autekologi, dan sinekologi. Autekologi ialah ilmu yang mempelajari hubungan antara satu individu atau satu spesies dengan alam lingkunganya. Sinekologi ialah ilmu yang mempelajari hubungan antara beberapa grup individu yang berasosiasi bersama-sama sebagai satu unit dengan alam lingkungannya.

Gambar 1: Komunitas tumbuhan tropis

Mempelajari ekologi tumbuhan sangat penting sebab kita bisa memperoleh hasil yang maksimal terutama dalam hal teknik budidaya. Dengan mencocokkan karakteristik lingkungan dengan tumbuhan yang ditanam, maka kita akan memperbesar potensi suksesnya panen kelak. Selain itu, kerusakan terhadap lingkungan juga bisa dicegah. Mempelajari ekologi tumbuhan akan membuat kita paham teknik juga cara yang tepat dan cermat untuk mengambil manfaat terbaik dari tumbuhan tanpa harus merusak. Lingkungan akan mempengaruhi jenis tumbuhan yang sesuai untuk dibudidayakan pada kawasan, penjadwalan dan teknik budidaya yang digunakan. Oleh karenanya pengetahuan tentang lingkungan sangat penting artinya bagi sektor pertanian. Kebijakan mengenai pemeliharaan lingkungan di satu sisi dan peningkatan produksi di sisi lainnya akan sangat tergantung bagaimana pemahaman mengenai lingkungan. Pengurangan penggunaan bahan kimia dalam aktivitas budidaya untuk mencegah terjadinya degradasi lingkungan menjadikan pengetahuan ekologi tumbuhan semakin penting dalam merancang bangun sistem budidaya pertanian. Pemanfaatan sumber daya lingkungan secara optimal dengan dampak seminimum mungkin merupakan sistem pertanian yang menjadi idaman.

Lingkungan dalam ekologi adalah seluruh faktor BIOTIK dan ABIOTIK yang mempengaruhi mahluk hidup di lingkungan tersebut. Faktor biotik meliputi seluruh mahluk hidup di wilayah tsb yang menimbulkan beberapa model hubungan interaksi misalnya predasi, kompetisi, mutualisme, alelopati (eksudat kimia penghambat pertumbuhan yang dikeluarkan umumnya oleh gulma), dan herbivora. Faktor abiotik mencakup seluruh aspek kimia dan fisika lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tanaman/tumbuhan.

Hirarki organisasi kehidupan yang membangun sistem ekologi pada dasarnya secara berurut adalah organisme, populasi, komunitas, ekosistem dan biosfir. Namun, ada level penting yang menbentuk suatu organisme, yaitu atom, molekul (gen), sel, jaringan dan organ (Gambar 2).


Gambar 2: Hirarki organisasi yang membangun sistem EKOLOGI

Komponen Biotik berinteraksi dengan komponen Abiotik membangun sistem BIOLOGI, sehingga terbentuk sistem antara lain sistem populasi dan sistem komunitas. Dalam pembentukan sistem biologi dibutuhkan aliran materi dan energi yang asal/bahan bakunya dari komponen Abiotik. Komunitas (mis. tanaman) terbentuk jika telah terjadi asosiasi antara tanaman dan lingkungannya. Asosiasi terjadi sepanjang proses suksesi berlangsung.

Gambar 3: Lingkup ekologi tanaman

Lingkungan makro dicirikan oleh: Intensitas cahaya Kelembaban Kecepatan angin

Gambar 2: Contoh lingkungan makro


Lingkungan mikro misalnya daerah di bawah tajuk tanaman/tumbuhan

Gambar 3: Contoh lingkungan mikro, di bawah tajuk

Definisi ekologi dalam konteks yang lebih khusus adalah hubungan timbal balik antara STRUKTUR dan FUNGSI, di bidang pertanian misalnya pada model pertanian agroforestri, tumpangsari dan budidaya lorong.

Gambar 4: Contoh ekologi pada beberapa sistem pertanian

Jejaring makanan (Food webs)

Suatu jejaring rantai makanan suatu suatu system jaringan ekologi (ecological network). Tumbuhan menangkap energi surya (solar energy) dan menggunakannya untuk mensintesa gula sederhana selama proses fotosintesa. Sejalan dengan pertumbuhannya, tumbuhan mengakumulasi nutrisi dan nutrisi tsb dimakan oleh organism herbivora, sekaligus energi dari bagian tumbuhan yang dimakan oleh herbivora mengalir ke kerbivora yang mengkonsumsinya. Jalur linear aliran energi melalui proses makan-memakan dari tingkat konsumer species trophic terbawah hingga ke tingkat konsumer species trophic teratas dinamakan Rantai Makanan (food chain) (Gambar 4).


Gambar 4: Rantai Makanan (food chain)

Tingkatan Trofik (Trophic levels)

Suatu trophic level (dari bahasa Greek troph, artinya "food" atau "feeding") adalah "satu group organisme yang memenuhi sejumlah besar kebutuhan energinya dari tingkatan organisme atau sumber abiotik pada level dibawahnya yang terdekat ((Hairston Jr.and Hairston, 1993). berdasarkan throphic level ini maka species mahluk hidup dikategorikan atas autotrophs (primary producers), heterotrophs (consumers), dan detritivores (pengurai/decomposers). Autotrophs adalah organisme yang memproduksi sendiri kebutuhan makanannya melalui proses fotosintesa atau chemosynthesis. Heterotrophs adalah organisme yang harus memakan/memangsa organism lainnya untuk memenuhi gizi dan energinya. Heterotrophs dapat dibagi lagi atas tiga kelompok yaitu konsumer tingkat satu (primary consumers, sangat herbivora), konsumer tingkat dua (secondary consumers, carnivorous predators yang secara ekslusif memakan organism herbivora) dan konsumer tingkat tiga (tertiary consumers (predators yang memakan herbivora and predator).

Gambar 5: Piramida Trophic levels (kiri) dan food-web (kanan) menggambarkan

hubungan ekologi antara mahluk hidup

Komunitas, adalah asosiasi seluruh populasi pada habitat yang sama. komunitas mempunyai (1) keragaman, (2) stabilitas dan (3) struktur trofil.


Keragaman: variasi species dalam suatu komunitas. Komponen keragaman:

- Kekayaan species (species richness) - Kelimpahan relatif (relative abundance)

Misalnya pada Gambar 6.

Gambar 6: Kekayaan species dan Kelimpahan relatif dalam suatu komunitas

Interaksi dalam Komunitas yang umumnya timbul adalah (1) predasi, (2) kompetisi, (3) simbiosis, dan (4) herbivora.

1. Predasi (predation/pemangsasaan) Predasi adalah suatu organisme memakan organisme lain untuk memenuhi kebutuhan hidupnya.

- Hewan dimangsa oleh hewan - Tumbuhan dimakan oleh hewan - Hewan dimangsa oleh tumbuhan atau jamur

Bagi pemangsa (predator) yang dikembangkan adalah teknik berburu sedangkan bagi target yang diburu pemangsa (prey) yang dikembangkan adalah teknik menghindar. Teknik berburu/menangkap dan teknik menghindar dari predator maupun prey sering dilengkapi dengan beberapa kemampuan, yaitu:

- Adaptasi anatomi : kemapuan lari dan memarasit - Kamuflase : tidak mudah dilihat (karena bentuk, warna) - Mimikri : memberi kesan berbahaya, beracun, tidak enak dimakan - Pengembangan indra khusus: penciuman, penglihatan, dan pendengaran

Gambar 7: kiri, teknik memerangkap

mangsa oleh laba-laba; kanan atas, teknik menghindar dengan kamuflase menyerupai daun mati oleh kepik (kanan atas), dan mimikri bentuk mata besar oleh kupu-lupu (kanan bawah)


Gambar 8: Serangga dimangsa oleh tumbuhan karnifora (kiri); batang pohon diserang

oleh jamur (kanan)

Hubungan antara predator-prey ini menyebabkan adanya suatu keseimbangan populasi predator-prey, artinya kalau berlangsung normal tidak ada terjadi ledakan populasi salah satunya (Gambar 8).

Gambar 8: Keseimbangan populasi antara predator-prey (mangsa)

2. Kompetisi Tumbuhan, sebagaimana organisme lainnya, membutuhkan nutrisi esensial dasar (hara), air, cahaya, dan ruang untuk kehidupannya. Ketika tumbuhan tumbuh berdekatan dengan yang lainnya maka sangat mungkin suplai kebutuhan oleh lingkungan tidak cukup untuk beberapa individu tumbuhan yang berdekatan tsb, sehingga terjadilah perebutan (kompetisi) untuk memperoleh kebutuhan dasar tadi. Kompetisi dapat terjadi antara species tumbuhan yang sama (intraspecific competition), dan antara individu-individu species yang berbeda (interspecific competition).

Gambar 9: Tipe kompetisi


3. Simbiosis Simbisis/simbiotik adalah bentuk interaksi antara dua atau lebih species, satu species hidup di dalam atau di luar species yang lain. Bentuk-bentuk simbiosis: (1) parasitisme, (2) mutualisme, dan (3) komensalisme.

Gambar 10: Simbiosis antara buaya dan burung; burung membersihkan

mulut/lidah buaya dengan memakan sisa-sisa yang ada di mulit buaya

Simbiosis parasitisme ialah hubungan antara dua jenis makhluk hidup yang berbeda pada suatu komunitas, individu yang satu mendapat keuntungan dan individu yang lainnya dirugikan. Ukuran tubuh inang jauh lebih besar daripada parasitnya. Organisme yang mendapat keuntungan disebut parasit dan organisme yang menjadi tempat hidup parasit disebut inang atau host. Parasit jarang menyebabkan inang atau host mati. Parasit dapat sebagai agen pengendali biologi dengan cara menghindari ledakan populasi serangga inang (host).

Contoh simbiosis parasaitisme: benalu dengan tumbuhan inang

tali putri dengan tanaman yang ditumpanginya

kutu (tertentu) pada kerbau, kucing, kelinci dan manusia

cacing perut dan cacing tambang yang hidup di dalam usus manusia

Gambar 11: Parasitisme

Simbiosis mutualisme ialah hubungan dua makhluk hidup yang berbeda namun saling menguntungkan.

kupu-kupu atau lebah dengan bunga kerbau dengan burung jalak Flagellata di dalam tubuh rayap. Flagellata dapat hidup di dalam tubuh rayap karena

membantu rayap untuk mencerna kayu melalui proses pelapukan. Manusia dengan bakteri usus, manusia memperoleh vitamin B 12 dari bakteri, dan

bakteri dapat tempat hidup di usus manusia Jamur mycorrhizae dengan tanaman. Jamur mycorrhizae memberi hara P dan air bagi

tanaman inang, tanaman inang memberi nutrisi (fotosintat) kepada mycorrhizae


Leafhoppers (Eurymela fenestrata) dan semut (Iridomyrmex purpureus). Leafhoppers (E. fenestrate) dilindingi oleh semut dari gangguan predator, dan semut mendapatkan madu dari Leafhoppers yang memperolehnya dari bunga tumbuhan.

Gambar 12: Mutualisme

Simbiosis komensalisme adalah interaksi antara dua jenis makhluk hidup yang berbeda, individu yang satu mendapat keuntungan, dan individu lainnya tidak diuntungkan maupun dirugikan.

ikan remora dengan hiu, ikan remora mendapat keuntungan dari sisa makanan ikan hiu, dan ikan hiu tidak dirugikan

tanaman anggrek dengan pohon inangnya tanaman paku dengan pohon yang ditumpanginya ikan badut dengan anemon laut

Gambar 13: Komensalisme

Tabel: Ringkasan hubungan antar organisme

Tipe interaksi Efek langsung pada

Species 1 Efek langsung pada

Species 2

Netral 0 0

Komensalisme + 0

Mutualisme + +

Kompetisi - -

Predasi + -

Parasitisme + -

0 = tidak ada efek langsung terhadap pertumbuhan populasi + = efek positif - = efek negatif


4. Herbivora Satu fungsi ekologi penting tumbuhan adalah sebagai produser senyawa organik untuk herbivora pada dasar dari jejaring makanan (the bottom of food web). Tumbuhanpun melengkapi diri dengan alat-alat perlindungan diri dalam menghadapi herbivora, misalnya duri, racun dan lainnya, tergantung dari potensi intensitas gangguan herbivora. Herbivora juga memberi beberapa efek terhadap vegetasi, misalnya memindahkan species tumbuhan tertentu dari wilayah semula, menimbulkan terjadinya jurang (gap) dalam regenerasi individu baru dari suatu species tumbuhan, mendaur ulang hara, menjadi agen penyebaran biji sejumlah species tumbuhan. Jenis ekosistem tertentu, seperti padang rumput (grasslands), dapat terbentuk akibat pengaruh herbivora besar. Hasil penelitian yang lama dan panjang sering menunjukkan bahwa bahwa herbivora mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap komunitas species tumbuhan yang terbentuk di suatu wilayah.

Suksesi Ekosistem sifatnya dinamis, perubahan suksesional tidak selalu mengikuti jalur linear melainkan berubah, berlangsung secara cepat ataupun perlahan dalam waktu yang lama hingga ribuan tahun, karena berbagai hal, misalnya letusan gunung berapi, kebakaran besar, tanah longsor, banjir besar dan angin tornado/topan. Konsequensi kehidupan kadang stabil, kadang juga berubah karena lingkungan berubah.

Suksesi adalah perjalanan pergantian species menuju klimaks yang terjadi secara bertahap. Klimaks bisa tertunda melalui mekanisme predasi, kompetisi dan/atau simbiotik.

Gambar 14: Gambaran perjalanan suksesi tumbuhan dari waktu ke waktu

di suatu wilayah

Gambar 15: Proses SUKSESI


Suksesi yang mulai terjadi di suatu habitat baru, tidak dipengaruhi oleh komunitas sebelumnya (pre-existing communities), dinamakan suksesi primer (primary succession), sedangkan suksesi lebih lanjut yang mengikuti rusak/hilangnya komunitas sebelumnya pada pre-existing community disebut suksesi sekunder (secondary succession).

Gambar 16: Ekosistem yang muncul setelah bencana, misalnya karena kebakaran, membentuk mosaics yang tersusun atas beberapa grup vegetasi dengan umur yang berbeda pada landscape tsb. ada beberapa tahapan perubahan dengan vegetasi yang berbeda, diawali oleh pioneer (suksesi primer) yang menginvasi daerah yang baru mengalami musibah besar, hingga tahap suksesi akhir yang tersusun atas vegetasi yang sangat

berbeda dengan di awal, yang membentuk hutan dewasa.

Contoh lain dari terbentuknya suksesi sekunder:

Gambar 17: Terbentuknya suksesi sekunder

1. Komunitas hutan deciduous yang srabil 2. Satu bencana hadir, misalnya kebakaran, menghancurkan hutan deciduous tsb 3. Api membakar hingga lantai hutan 4. Lahan menjadi kosong, tetapi tidak merusal tanah 5. Rumput-rumputan dan tumbuhan herbaceous tumbuh menjadi vegetasi awal di lahan

yang bru rekar 6. Semak-semak kecil dan pohon-pohon mulai mengkoloni area, perlahan menggeser

rumput dan herbacoeus 7. pohon-pohon jenis evergreen (seperti pinus-pinusan) yang cepat tumbuh menyusul

berkembang, sementara pohon-pohon yang toleran terhadap naungan tumbuh di bawahnya

8. Pohon-pohon evergreen yang tidak tahan naungan dan yang berumur pendek lalu mati. Pada contoh ini, vegetasi terakhir yang stabil menyerupai vegetasi yang mendominasi wilayah tsb sebelum tersebut mengalami bencana kebakaran.

Siklus Biokimia Siklus biokimia merupakan siklus energi melalui biosfir karena saling makan antar

organisme Siklus biokimia : siklus karbon, nitrogen, fosfor, air.


Gambar 17: Siklus biokimia

Siklus Air

Daur hidrologi sering juga dipakai istilah water cycle atau siklus air, suatu sirkulasi air yang meliputi gerakan mulai dari laut ke atmosfer, dari atmosfer ke tanah, dan kembali ke laut lagi atau dengan arti lain siklus hidrologi merupakan rangkaian proses berpindahnya air permukaan bumi dari suatu tempat ke tempat lainnya hingga kembali ke tempat asalnya.

Siklus hidrologi dibedakan ke dalam tiga jenis yaitu: 1. Siklus Pendek : Air laut menguap kemudian melalui proses kondensasi berubah

menjadi butir-butir air yang halus atau awan dan selanjutnya hujan langsung jatuh ke laut dan akan kembali berulang.

2. Siklus Sedang : Air laut menguap lalu dibawa oleh angin menuju daratan dan melalui proses kondensasi berubah menjadi awan lalu jatuh sebagai hujan di daratan dan selanjutnya meresap ke dalam tanah lalu kembali ke laut melalui sungai-sungai atau saluran-saluran air.

3. Siklus Panjang : Air laut menguap, setelah menjadi awan melalui proses kondensasi, lalu terbawa oleh angin ke tempat yang lebih tinggi di daratan dan terjadilah hujan salju atau es di pegunungan-pegunungan yang tinggi. Bongkah-bongkah es mengendap di puncak gunung dan karena gaya beratnya meluncur ke tempat yang lebih rendah, mencair terbentuk gletser lalu mengalir melalui sungai-sungai kembali ke laut.

Unsur-unsur utama dalam siklus hidrologi : Evaporasi : penguapan dari badan air secara langsung Transpirasi : penguapan air yang terkandung dalam tumbuhan Respirasi : penguapan air dari tubuh hewan dan manusia Evapotranspirasi : perpaduan evaporasi dan transpirasi Kondensasi : proses perubahan wujud uap air menjadi titik-titik air sebagai hasil

pendinginan Presipitasi : segala bentuk curahan atau hujan dari atmosfer ke bumi yang meliputi

hujan air, hujan es, hujan salju Infiltrasi : air yang jatuh ke permukaan tanah dan meresap ke dalam tanah Perkolasi : air yang meresap terus sampai ke kedalaman tertentu hingga mencapai air

tanah atau groundwater Run off : air yang mengalir di atas permukaan tanah melalui parit, sungai, hingga

menuju ke laut.


Gambar 18: Siklus Air

Siklus Karbon

Siklus karbon adalah siklus biogeokimia dimana karbon dipertukarkan antara biosfer, geosfer, hidrosfer, dan atmosfer Bumi.

Dalam siklus ini terdapat empat reservoir karbon utama yang dihubungkan oleh jalur pertukaran. Reservoir-reservoir tersebut adalah:

1. atmosfer 2. biosfer teresterial (biasanya termasuk pula freshwater system dan material non-

hayati organik seperti karbon tanah (soil carbon)) 3. lautan (termasuk karbon anorganik terlarut dan biota laut hayati dan non-hayati), dan 4. sedimen (termasuk bahan bakar fosil)

Pergerakan tahunan karbon, pertukaran karbon antar reservoir, terjadi karena proses-proses kimia, fisika, geologi, dan biologi yang bermaca-macam. Lautan mengadung kolam aktif karbon terbesar dekat permukaan Bumi, namun demikian laut dalam bagian dari kolam ini mengalami pertukaran yang lambat dengan atmosfer.

Gambar 19: Siklus Karbon


Siklus Nitrogen

Siklus nitrogen adalah suatu proses konversi senyawa yang mengandung unsur nitrogen menjadi berbagai macam bentuk kimiawi yang lain. Transformasi ini dapat terjadi secara biologis maupun non-biologis. Beberapa proses penting pada siklus nitrogen, antara lain fiksasi nitrogen, mineralisasi, nitrifikasi, denitrifikasi.

Walaupun terdapat sangat banyak molekul nitrogen di dalam atmosfer, nitrogen dalam bentuk gas tidaklah reaktif. Hanya beberapa organisme yang mampu untuk mengkonversinya menjadi senyawa organik dengan proses yang disebut fiksasi nitrogen.

Fiksasi nitrogen yang lain terjadi karena proses geofisika, seperti terjadinya kilat. Walaupun demikian, sedikit sekali makhluk hidup yang dapat menyerap senyawa nitrogen yang terbentuk dari alam tersebut. Hampir seluruh makhluk hidup mendapatkan senyawa nitrogen dari makhluk hidup yang lain. Oleh sebab itu, reaksi fiksasi nitrogen sering disebut proses topping-up atau fungsi penambahan pada tersedianya cadangan senyawa nitrogen.

Vertebrata secara tidak langsung telah mengonsumsi nitrogen melalui asupan nutrisi dalam bentuk protein maupun asam nukleat. Di dalam tubuh, makromolekul ini dicerna menjadi bentuk yang lebih kecil yaitu asam amino dan komponen dari nukleotida, dan dipergunakan untuk sintesis protein dan asam nukleat yang baru, atau senyawa lainnya.

Gambar 20: Siklus Nitrogen

Siklus Fosfor

Fosfor merupakan salah satu jenis elemen yang penting dalam kehidupan, sebab semua makhluk hidup membutuhkan fosfor yang berbentuk ATP (Adenosin Tri Fosfat), yang berguna untuk sumber energi metabolisme pada sel. Fosfor berbentuk ion yaitu ion fosfat atau (PO43-), ion ini terdapat dalam bebatuan. Akibat dari terjadinya erosi dan pelapukan kemungkinan fosfat akan terbawa ke arah sungai bahkan sampai ke laut yang membentuk sedimen. Sedimen yang mengandung fosfat bisa naik ke atas permukaan disebabkan terjadinya geseran gerak dasar bumi. Tumbuhan mengambil fospat yang masih berbentuk larutan yang berada didalam tanah.

Sumber fosfor yang terdapat dibumi yaitu dari bebatuan, tanaman, tanah dan bahan organik. Daur fosfor yang berberupa hasil pelapukan bebatuan dinamakan input, sedangkan outputnya yaitu berupa fiksasi mineral dab pelindikan yang dapat dihasilkan oleh output fosfor.

Fosfor dibagi menjadi dua senyawa yaitu fosfat organik antara lain tumbuhan dan hewan, dan senyawa fosfat anorganik yaitu air dan tanah.


Gambar 21: Siklus Fosfor

Referensi :

Daubenmire. R.F. 1987. Plants and Environment. A Textbook of Plant Autecology. Third Edition. John Wiley and Sons . New York.

Dombois, D. M. and H. Ellenberg. 1974. Aims and Methods of Vegetation Ecology. Wiley International Edition. John Wiley and Sons. Toronto.

Etherington, J.R. 1982. Environment and Plant Ecology. Second Edition. John Wiley and Sons. Chichester. Haeruman, H., R. Abidin, Hardjanto, & E. Suhendang. Sistem Pengelolaan Hutan Rakyat. Lembaga Penelitian IPB. Bogor.

Hairiah, K. Dan S. Rahayu. 2007. Pengukuran Karbon Tersimpan di Berbagai Macam Penggunaan Lahan. WAC. ICRAF Southeast Asia Regional Office. Bogor.

Hairston Jr., N. G.; Hairston Sr., N. G. (1993). "Cause-effect relationships in energy flow, trophic Mabberley, D.J. 1983. Tropical Rain Forest Ecology. Tertiary Level Biology. Blackie. Glasgow and London.

Moore, P. D. and S.B. Chapman. 1986. Methods in Plant Ecology. Second Edition. Blackwell Scientific Publications. Oxford London

Noss, R. F.; Carpenter, A. Y. (1994). Saving Nature's Legacy: Protecting and Restoring Biodiversity. Island Press. p.443.

Sudiana, E. 2010. Optimalisasi Pengelolaan Lahan untuk Pengembangan Hutan Rakyat Berkelanjutan. Universitas Brawijaya. Malang.

10.EKOLOGI TANAMAN

Documents