PRODUKTIVITAS PRIMER

1
PRODUKTIVITAS PRIMER
2
Istilah yang berkaitan dengan Produktivitas Primer

• Produktivitas
• daya produksi bahan organik
• Produktivitas primer
• daya produksi dari organisme yang dapat
  berfotosintesis (tumbuhan fitoplankton)- awal
  dari rantai makanan ? gC/m2/hari atau gC/m3/hari
• Produksi primer
• asimilasi (gross production) atau akumulasi (net
  production) energi dan nutrien oleh tumbuhan
  hijau dan organisme autotrof lainnya
• Produksi sekunder
• produksi (bahan organik) dari organisme
  konsumer (herbivore, omnivore, karnivore,
  detritrivore)-zooplankton, zoobenthos, nekton

3

• Standing crop
• jumlah biota yang ada di suatu lingkungan pada
  suatu saat tertentu ? mg/L, g/m3, atau g/m2
• Biomassa
• berat dari organisme (seluruhnya atau sebagian
  dari organisme, populasi, atau komunitas)-berat
  basah, berat kering, berat kering bebas abu. ?
  statis
• Density
• - berat atau jumlah suatu bahan dalam gram/cc
• - jumlah biomassa per satuan luas
• - berat per satuan volume
• Yield
• jumlah bahan organik (tumbuhan atau hewan) yang
  dihasilkan oleh suatu perairan (danau), secara
  alami atau dalam pengelolaan

4

• FOTOSINTESIS
• 6 CO2 12 H2O C6H12O6 6O2
• Bahan-bahan pembentuk sel harus tersedia (N, P,
  Fe, Si, dll)
• Total fotosintesis (Gross photosyntesis)
  produksi O2 total (? O2 botol terang? O2 botol
  gelap)
• Net photosyntesis produksi O2 total minus
  respirasi selama siang hari

5
Aspek-aspek penting dalam fotosintesis/produksi
primer

• Pasokan energi cahaya
• - gelombang energi cahaya yang diabsorpsi air
  dan klorofil berkisar
• 350-710 nm ? PAR (Photosynthesis Active
  Radiation)
• - Panjang gelombang (?) 350-390 nm-sulit
  menembus air
• - yang sampai ke dalam air (? 390-710nm) hanya
  sekitar 45-50nya.
• - ketinggian tempat (altitude) mempengaruhi
  jumlah cahaya yang
• sampai ke danau

Ketinggian d.p.l (km) Densitas atm ()
0 0.9 1.9 2.9 4.0 100 90 80 70 60
Jumlah cahaya yang sampaike perairan semakin
besar
6
Danau di gunung tinggi menerima cahaya U.V.
lebih banyak daripada di dataran rendah

• - Efek geografik jumlah radiasi cahaya
  matahari dalam setahun (kal/cm2/hari) berbeda
  secara geografis (latitude)
• - Efek musim letak geografis ? perbedaan musim
  dalam setahun ? perbedaan radiasi
• - Efek diurnal pagi atau sore - jarak matahari
  lebih jauh daripada tengah hari, elevasi cahaya
  juga lebih rendah (semakin miring) sehingga
  cahaya yang dipantulkan semakin besar ?
  intensitas cahaya rendah
• - Efek lokal morfologi perairan, arus

Penetrasi cahaya panjang gelombang cahaya
tertentu terabsorpsi sebelum mencapai suatu
kedalaman gt Intensitas cahaya berkurang dengan
bertambah dalam gt Bahan-bahan terlarut terutama
menyerap ? cahaya biru gt Bahan-bahan
tersuspensi ? menyerap ? cahaya merah
7

• 2. Fotosintesis Energi - Nutrien
• Pada intensitas cahaya (energi cahaya) rendah,
  laju fotosintesis berbanding linier dengan
  intensitas cahaya hingga sampai batas tertentu
  mencapai maksimal
• Pada Intensitas cahaya tinggi, fotosintesis
  (photo-inhibition) dapat terhambat
• Pada intensitas cahaya cukup, sediaan nutrien (N,
  P, Si, Fe, dll) dapat menjadi faktor pembatas

8

• Pengukuran Produksi Primer
• Mengukur produksi primer ? mengukur pertumbuhan
  fitoplankton (algae) ? mengukur peningkatan berat
  kering atau jumlah sel per satuan waktu
• Masalah
• - dalam waktu singkat perubahan berat terlalu
  kecil
• - perhitungan jumlah sel sulit
• - adanya detritus partikel lain mempersulit
• Pendekatan pengukuran terhadap produksi O2 atau
  CO2 terpakai

• 1. Metode O2 (Botol gelap-botol terang)
• Mengukur O2 yang diproduksi dalam fotosintesis
  selama jangka waktu tertentu (4-6 jam)
• Kelemahan tidak sensitif untuk perairan
  oligotrof karena perubahan O2 terlalu kecil untuk
  diukur pada selang waktu yang singkat
• Sebelum uji, sampel disaring dengan plankton net
  untuk zooplankton (150-300 µ)
• Tingkat kesalahan 0.2 ( 0.02 mg O2 /l) bila
  dilakukan triplo

9
METODE OKSIGEN UNTUK MENDUGA PRODUKTIVITAS PRIMER

1. Ambil sampel pada kedalaman tertentu (dgn Van
   Dorn sampler atau Kemmerer sampler atau bottle
   train sampler
2. Masukkan ke dalam ketiga botol BOD sesuai
   prosedur untuk O2
3. Ukur kadar O2 di botol I dgn titrasi Winkler
   (misal I mg/L)
4. Botol L dan D masukkan kembali ke perairan di
   kedalaman semula, dan biarkan selama 6 jam
5. Ukur kadar O2 di botol L dan D tersebut (setelah
   6 jam), ? misal masing-masing diperoleh L dan D
   mg/L

10

• RESPIRASI komunitas plankton, R I D
  mgO2/L/hari
• PRODUKSI PRIMER BERSIH, NPP L I mg O2/L/hari
• PRODUKSI PRIMER KOTOR, GPP L D mgO2/L/hari
• GPP NPP R

11

• Metode 14C (radiocarbon)
• a. Ambil contoh air yang mengandung fitoplankton
  di beberapa kedalaman ? masukkan kedalam 2 botol
  terang 1 botol gelap
• b. Tambahkan 1ml larutan Na2 14CO3 (14C-labelled
  carbonate) ke salah satu botol terang botol
  gelap (volume 125 ml) ? kocok merata, segera
  inkubasikan ke perairan di kedalaman semula.
  Biarkan 2 jam (pk 10.00-14.00), Na2 14CO3 yang
  digunakan mengandung radioaktif 1-10µCi/ml
  (biasanya 2 µCi/ml)
• c. Pada 1 botol terang yang tersisa, gunakan
  sampel untuk mengukur temperatur, pH
  Alkalinitas total
• d. Setelah inkubasi, saring sampel dengan membran
  filter untuk memekatkan sel-sel fitoplankton.
• Selanjutnya 14C terassimilasi dihitung dengan
  Planchet counting atau Liquid scintillation
  (kilauan) counting (Geiger-Muller detector)

12
(No Transcript)
13

• Penggunaan botol gelap adalah (fitoplankton) pada
  saat gelap juga diperhitungkan
• Metode 14C ini mengukur C-radioaktif yang tersisa
  dalam sel fitoplankton pada akhir periode
  inkubasi fotosintesis ? sehingga hasilnya
  mendekati net production
• Kelemahan metode 14C
• - jenis alga tertentu (misal Chlorella) hancur
  pada saat filtrasi,
• sehingga ada sel yang mengandung 14C lolos
  dari membran dan
• tak terhitung
• - Di perairan oligotrofik tertentu mungkin kadar
  CO2 sangat rendah
• ( 1 dari NaH14CO3 yang dipakai) sehingga
  penggunaan
• (uptake) 14C menjadi lebih tinggi dari
  seharusnya.
• - Kadar garam NaCl dari larutan 14C-carbonate
  yang digunakan
• dapat meningkatkan salinitas medium dalam
  botol ?
• mempengaruhi kondisi perairan sampel
• - Botol-botol yang digunakan perlu diperlakukan
  hati-hati, agar tak
• terkontaminasi bakteri atau bahan toksik
  pembersih

14
3. Pendugaan Produktivitas primer dengan
perubahan pH

• Dasar pemikiran
• - Pada waktu subuh ? CO2 hasil respirasi dan
  dekomposisi terakumulasi
• sejak petang ? pH perairan minimal
• - Begitu ada matahari ? fotosintesis mulai ? CO2
  diabsorpsi ? pH
• meningkat dengan laju yang dapat diartikan
  sebagai laju fiksasi CO2
• oleh tumbuhan
• Prosedur berdasarkan teori ini diperkenanalkan
  oleh
• - Osterhout Haas (1918) kemudian oleh More
  (1939), Dye (1944),
• Verduin (1951) dengan perbaikan-perbaikan
• - Terakhir Verduin (1956) menyempurnakan
  persamaan, kurva dan
• nomogram untuk pendugaan produksi primer
  (dalam Energy fixation and
• utilization by natural communities in western
  Lake Erie. Ecology 37 40-50)

15

• Prosedur
• Air sampel dari perairan tertentu disaring,
  kemudian pH diturunkan dengan menambahkan
  gelembung-gelembung gas CO2 ? catat pH
• Titrasi dengan 0.01 N. NaOH sebanyak 0.1 ml,
  catat pH
• Ulangi langkah 1. diatas, tetapi usahakan pH sama
  dengan NaOH yang sama sebanyak 0.1 ml ? catat pH
• Demikian seterusnya, hingga tercatat perubahan pH
  secara bertahap pada tiap kali penambahan NaOH
  per 0.1 ml ? hingga 0.5 ml
• Dihasilkan kurva pH gtlt penambahan NaOH atau pH
  gtlt ? CO2 yang diabsorpsi (fotosintesis)
• Prosedur ini didasarkan atas
• Setiap ml NaOH 0.01N akan mengabsorpsi 10 µmol
  H2CO3 (atau HCO3- pada pH yang lebih tinggi) dan
  membentuk NaHCO3 (atau Na2CO3) hal ini mirip
  dengan yang terjadi saat tumbuhan menyerap CO2
  dan HCO3 dalam fotosintesis
• 1 ml HCl 0.01 N setara dengan 10 µmol CO2
  dengan cara
  yang sama, berbagai sampel dengan pH awal yang
  berbeda-dititrasi dengan HCl 0.01 N ? akan
  menghasilkan kurva yang menggambarkan penambahan
  CO2 akibat respirasi dan efeknya terhadap pH

16

• Turn Over number (P/B) hasil bagi dari
  produksi tahunan dibagi dengan rata-rata
  biomassa tahunan

I. Faktor Abiotik II. Faktor Biotik
Cahaya Temperatur Nutrien Oksigen 5. Kualitas fisika-kimia air lainnya kekeruhan/Tss, bahan toksik 1. Kompetisi 2. Pemangsaan/grazing
17

• Gross Production banyaknya bahan organik yang
  difotosintesis oleh tumbuhan selama jangka waktu
  dan dalam area atau volume tertentu (produksi
  total)
• Net production kelebihan produksi setelah
  produksi total (gross production)
  dikurangi/digunakan untuk proses (respirasi
  mineralisasi)
• NP GP-R
• Respirasi oksidasi bahan organik oleh tumbuhan
  hewan yang dikonversi menjadi energi, merupakan
  metabolisme aerobik dalam sel
• Mineralisasi dekomposisi aerobik atau pemecahan/
  penguraian algae yang telah mati (bahan organik
  mati) secara oksidasi

18

• Respirasi
• C6H12O6 6O2 ? 6CO2 6H2O energi (674 kcal)
• Tiap 1 mol glukosa yang dibakar (dioksidasi)
  menghasilkan energi 674 kcal maka

19
PUSTAKA

• Boyd, C. E. 1990. Water quality in ponds for
  aquaculture. First Printing. Auburn University
  of Agriculture Experiment Station. Alabama.
  USA. 359 p.
• Cole, G.A. 1983. Textbook of limnology. Third
  Edition. Waveland Press, Inc. USA. 401 p.
• Golterman, H.L. 1975. Physiological Limnology.
  Elsevies scientific Publishing co. NY. (chapter 4
  17)
• Lind, O. T. 1985. Handbook of Common Method in
  Limnology. Second Edition. Kendal/Hunt
  Publishing Company. Iowa. 199 p.
• Ryding, SOP dan W. Rast. 1989. The control
  eutrophication lakes and reservoir. Man and the
  biosphere series, Vol I. The Parthenon
  Publishing Group. 314 p.