Ekologi

DINAMIKA POPULASI I. Struktur dan Dinamika Populasi • Definisi populasi • Densitas/kepadatan • Pola penyebaran populasi • Pertumbuhan populasi (eksponensial, logistik) • Faktor pembatas pertumbuhan II. Keberlangsungan Hidup • Tabel kehidupan • Kurva kehidupan III. Populasi Manusia • Pertumbuhan populasi saat ini • Struktur umur 1 KOMUNITAS DAN EKOSISTEM I. Definisi, Konsep Dasar, dan Karakter II. Gambaran Struktur Komunitas • Interaksi (predasi, kompetisi, dan simbiotik) • Suksesi III. Ekosistem • Aliran energi dan siklus materi • Struktur trofik (trophic level) • Rantai makanan dan piramida energi • Siklus materi (air, nitrogen, karbon, dan fosfor) 2 BIOLOGI KONSERVASI I. Krisis Biodiversitas • Penyebab krisis biodiversitas • Pengaruh teknologi terhadap kerusakan habitat • Pemanasan global II. Distribusi Geografi Biodiversitas III. Konservasi Spesies • Pentingnya konservasi populasi terfragmentasi • Konservasi ekosistem berkelanjutan 3 DINAMIKA POPULASI Populasi : sekelompok individu dalam satu spesies yang menempati suatu habitat yang menggunakan sumberdaya dengan cara yang sama dan dipengaruhi oleh faktor-faktor alam. Kepadatan (densitas) populasi : jumlah individu suatu spesies per satuan luas atau volume. Cara mengukur kepadatan populasi • menghitung langsung • teknik sampling (petak contoh) • indikator tidak langsung (feses, sarang, jejak, dll) 4 Densitas (Kepadatan) Kemampuan adaptasi menentukan ukuran populasi Dinamika Populasi Ukuran populasi (N) berubah menurut waktu Faktor-faktor yang mempengaruhi ukuran populasi Pertumbuhan populasi nol, ΔN = 0 5 Pola Penyebaran Populasi di Alam mengelompok seragam acak Faktor-faktor yang mempengaruhi penyebaran populasi : • Distribusi sumberdaya • Perilaku sosial (pada hewan) • Faktor lain (interaksi organisme, tempat berlindung,oksigen terlarut, dll) Kepadatan dan pola penyebaran populasi merupakan faktor penting untuk analisis dinamika populasi 6 Pertumbuhan Populasi Pertumbuhan eksponensial (pada bakteri) Waktu 0 menit 20 40 60 80 100 120 3 jam 4 jam 8 jam 12 jam Jumlah Sel Bakteri 1 2 4 8 16 32 64 512 4096 16.777.216 68.719.476.736 = 20 = 21 = 22 = 23 = 24 = 25 = 26 = 29 = 212 = 224 = 236 7 Kurva Pertumbuhan Eksponensial (kurva berbentuk huruf J) dN/dt = perubahan ukuran populasi per satuan waktu r = laju pertumbuhan populasi N = ukuran populasi saat ini Kondisi ideal tanpa faktor pembatas, jarang terjadi di alam. Faktor pembatas berupa makanan, ruang, hama/penyakit, predator, dll. 8 Daya Dukung (carrying capasity) Lingkungan Daya dukung lingkungan : jumlah individu suatu populasi yang dapat didukung oleh habitat. K dN = rN dt (K - N) K K = daya dukung lingkungan Nilai K dalam grafik sekitar 1,6 juta 9 Kurva Pertumbuhan Logistik (Kurva berbentuk huruf S) dN/dt = rN(K-N)/K 1. Populasi tumbuh lambat 2. Percepatan pertumbuhan tinggi 3&4. Percepatan pertumbuhan menurun 5. Stabil 10 Faktor Pembatas Pertumbuhan Populasi Faktor pembatas : • tergantung kepadatan : makanan dan ruangan • tidak tergantung kepadatan :iklim dan bencana alam Faktor pembatas menyebabkan spesies menerapkan strategi untuk bertahan hidup 11 Strategi Bertahan Hidup Tipe seleksi r : tumbuh sangat cepat dengan pola J Tipe seleksi K : kepadatan mendekati daya dukung lingkungan Pembeda Seleksi r Selekasi K Reproduksi Usia reproduksi lebih awal dan/atau menghasilkan keturunan dalam jumlah besar dan tidak melakukan “pemeliharaan” anak. Usia reproduksi lama, menghasilkan keturunan sedikit dan biasanya melakukan “pemeliharaan” anak. Ukuran tubuh dan lama hidup Umumnya kecil dan lama hidup pendek. Ukuran tubuh besar dan lama hidup panjang. Ukuran populasi Bervariasi, dibawah daya dukung lingkungan, mengikuti kurva J Konstan di sekitar daya dukung lingkungan Penyebab kematian utama Faktor pembatas yang tidak tergantung kepadatan Kompetisi, predasi, penyakit Contoh Tungau, serangga, gulma Badak sumatra, beruang 12 Kelangsungan Hidup Tabel kehidupan menggambarkan lama hidup,mortalitas, dan harapan hidup pada interval umur tertentu. Berdasarkan tabel kehidupan dibuat kurva kelangsungan hidup Tabel kehidupan penduduk Amerika tahun 1980. Interval Umur Jumlah hidup awal interval umur (N) Jumlah meninggal selama interval (D) 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 90-100 10.000.000 9.878.322 9.754.159 9.579.998 9.377.225 8.966.618 8.084.266 6.274.160 3.274.541 645.788 121.678 124.163 174.161 202.773 410.607 882.352 1.810.106 2.999.619 2.628.753 654.788 Laju kematian selama interval (D/N) 0.012 0.013 0.018 0.021 0.044 0.098 0.224 0.478 0.803 1.000 Peluang hidup setiap interval (1-D/N) 0.988 0.987 0.982 0.979 0.956 0.902 0.776 0.522 0.197 0.000 13 Kurva kelangsungan hidup Harapan hidup pria = 70 th Harapan hidup wanita = 80 th Asuransi Jiwa Berdasarkan data rata-rata kelahiran dan kematian 14 Kurva kelangsungan hidup : Persentase individu hidup (log) Tipe I. Mortalitas banyak terjadi pada usia tua Tipe II. Mortalitas konstan Tipe III. Mortalitas banyak terjadi pada usia muda 100 10 1 0.1 50 Persentase lama hidup maksimun 100 15 16 SM Populasi Manusia M Ukuran populasi (milyard) Struktur Umur Struktur umur : perbandingan proporsional anggota populasi menurut kelompok umur. Contoh struktur umur manusia Struktur umur populasi manusia di beberapa negara tahun 2003 17 KOMUNITAS Komunitas adalah asosisasi seluruh populasi pada habitat yang sama. Komunitas mempunyai keragaman, stabilitas, dan struktur trofik Keragaman : variasi spesies dalam suatu komunitas. Komponen keragaman : • kekayaan spesies (species richness) • kelimpahan relatif (relative abundance) A (25) B (25)D(25) C (25) Komunitas I A (25) B (10) C(15) D(50) Komunitas II Kekayaan spesies dalam kedua komunitas sama (4 spesies), sedangkan kelimpahan relatif berbeda 18 Stabilitas : kemampuan komunitas untuk bertahan terhadap gangguan dan kembali ke komposisi awal. Struktur trofik : hubungan makan-memakan berbagai spesies dalam komunitas Niche (relung ekologi) : seluruh aktivitas untuk memanfaatkan sumberdaya lingkungan agar spesies tetap hidup 19 Interaksi dalam Komunitas Predasi, Kompetisi, dan Simbiotik Pemangsaan (Predasi) Pemangsaan : organisme yang memakan organisme lain untuk keperluan hidupnya. • hewan dimangsa oleh hewan • tumbuhan dimangsa oleh hewan • hewan dimangsa oleh tumbuhan/cendawan Predator (Pemangsa) teknik berburu Prey (Mangsa) teknik menghindar Bintang laut, Pisaster memangsa bivalvia 20 Keseimbangan populasi predator-mangsa Jumlah individu 160 120 80 40 0 2 Waktu 4 6 Dinamika interaksi predator-mangsa dalam percobaan 21 Teknik Menangkap dan Menghindar Adaptasi anatomi : kemapuan lari dan memarasit Kamuflase : tidak mudah terlihat (bentuk, warna) Mimikri : memberi kesan berbahaya, beracun, tidak enak dimakan Pengembangan indera khusus :penciuman, penglihatan, dan pendengaran Lalat (kiri) tidak bersengat yang mirip dengan lebah bersengat (kanan). Bentuk mimikri, dimana lalat terhindar dari predator Katak pohon, Hyla arenocolor berkamuflase dengan background granit 22 Kompetisi Kompetisi intraspesifik intraspesifik Kesamaan Kesamaankebutuhan kebutuhansumber sumber daya daya(kompetisi (kompetisikuat) kuat)-contest contestcompetition competition interspesifik interspesifik Membagi Membagi sumberdaya sumberdaya-scramble scramblecompetition competition 23 Kompetisi dua spesies Paramaecium pada makanan yang sama P. aurelia P. caudatum P. Aurelia dan P. caudatum Akibat kompetisi : • pembagian sumber daya • migrasi • kematian yang kalah (the winner take alls) 24 Simbiotik Simbiotik : interaksi antara dua atau lebih spesies, satu spesies hidup di dalam atau di luar tubuh spesies lain. Bentuk-bentuk simbiotik : parasitisme, mutualisme, komensalisme Parasitisme • Ukuran tubuhinang jauh lebih besar dari parasitnya • Inang dirugikan dan parasit mendapat keuntungan • Parasit tidak menyebabkan inang mati • Parasit dapat sebagai agen pengendali biologi dengan cara menghindari ledakan populasi serangga (inang) 25 Mutualisme : interaksi yang menguntungkan kedua spesies. • mikoriza (cendawan – akar tanaman) • semut – tanaman berbunga Komensalisme : interaksi yang menguntungkan salah satu spesies dan spesies lain tidak rugi. Contoh : anggrek epifit Tipe Interaksi Netral Komensalisme Mutualisme Kompetisi Predasi Parasitisme Simbiosis semut dengan tanaman Acacia Efek Langsung pada Spesies 1 Efek Langsung pada Spesies 2 0 + + + + 0 0 + - 0: tidak ada efek langsung terhadap pertumbuhan populasi; +: efek positif; - : efek negatif 26 Suksesi Suksesi : perjalanan pergantian spesies menuju klimaks yang terjadi secara bertahap. Klimaks bisa tertunda jika ada gangguan pada komunitas, dapat pulih melalui mekanisme predasi, kompetisi dan simbiotik merupakan klimaks perjalanan pergantian pesies Jumlah spesies Equilibrium A B D C dst Waktu Spesies A adalah pionir, digantikan B, C,...dst Contoh: Setelah letusan gunung Krakatau, terjadi suksesi 27 EKOSISTEM Ekosistem : interaksi antara komunitas dan lingkungan Interaksi terjadi karena : • aliran energi • siklus materi Matahari (sumber energi utama) sampai ke permukaan bumi • 1.94Cal.cm-2.menit-1 atau • 1.3 x 1024 Cal.cm-2.tahun-1 28 Aliran Energi • Energi mengalir melalui hubungan makan-memakan (tingkat trofik) • Aliran energi dari produsen ke konsumen tidak efisien, sebagian hilang dalam bentuk panas. Hukum 10% : hanya 10% dari energi pada tingkat trofik di bawahnya yang dapat dimanfaatkan 29 Rantai makanan Struktur Trofik 30 Rantai Makanan dan Piramida Energi Rantai makanan saling berkaitan jaring-jaring makanan Bagaimana pola rantai makanan yang terjadi pada saat kemarau panjang ? 31 Piramida Energi 32 Siklus Materi Pertukaran bahan berlangsung melalui siklus Siklus Nitrogen 33 Siklus Karbon 34 Siklus Phospor 35 Siklus Air 36 Biologi Konservasi • Krisis biodiversitas : berkurangnya keragaman hayati secara cepat di permukaan bumi. • Penyebab krisis biodiversitas terutama aktifitas manusia : pembukaan hutan, pertanian, perumahan, dll. Tabel beberapa negara/daerah dengan Red Data Books. Negara/ Daerah Jumlah Spesies Spesies Endangered Spesies Rare & threatened Spesies Punah (sejak 1700) Australia 25.000 215 1.716 117 Eropa 11.300 117 1.927 20 2.000 42 186 4 23.000 107 2.122 39 250.000 15.000 2.500 5.050 New Zeland Afrika Sltn Dunia 37 Faktor yang “Mengancam” Biodiversitas • Kerusakan habitat Pertumbuhan populasi manusia Perkembangan daerah urban Kegiatan kehutanan, pertambangan Polusi lingkungan • Spesies eksotik yang menekan spesies lokal • Eksploitasi berlebih Penggundulan hutan akibat eksploitasi berlebih Ikan nila (Lates iloticus) eksotik sebagai predator Ikan lokal 38 Manusia dan Biodiversitas • Degradasi lingkungan berpengaruh terhadap keragaman hayati termasuk manusia • Manusia tergantung pada keragaman ekosistem, organisme dan produknya peranan organisme dalam ekosistem Bunga tapak dara (Catharanthus roseus) sebagai antikanker 39 Pengaruh Teknologi dan Senyawa Kimia terhadap Lingkungan • Konsumsi energi bertambah • Penurunan sumberdaya secara cepat. • Meningkatnya polutan (CFC, SO2, NO2, dll) • Akumulasi residu dalam tubuh (biological magnification) Akumulasi residu DDT dalam rantai makanan 40 Pemanasan Global Variasi suhu Konsentrasi CO2 (ppm) • Meningkatnya suhu di permukaan bumi dan konsentrasi pencemar (CO2, CFC, CH4, N2O) dalam atmosfer yang menyebabkan efek rumah kaca. Peningkatan CO2 atmosfer dan variasi suhu di Hawaii sejak 1958. 41 Efek Rumah Kaca Efek rumah kaca dan faktor yang mempengaruhinya 42 Distribusi Geografi Biodiversitas • Distribusi spesies berhubungan dengan garis lintang • Daerah tropik (lintang rendah) umumnya mempunyai keragaman lebih tinggi dari daerah sedang (lintang tinggi) • Biodiversity hot spot : Daerah dengan keragaman hayati tinggi Area relatif sempit (18 hot spot hanya 0.5% luas permukaan daratan) Sebagai habitat spesies endemik Lokasi beberapa hot spot biodiversitas 43 Konservasi Spesies • Konservasi spesies bertujuan untuk memelihara keragaman hayati • Aktifitas manusia (pertanian) menyebakan habitat terfragmentasi • Fragmentasi habitat menyebabkan menurunnya keragaman hayati source habitat : habitat dengan laju reproduksi > kematian sink habitat : habitat dengan laju kematian > laju reproduksi Fragmentasi ekosistem hutan, menyebabkan populasi burung hantu menurun. 44 Prioritas Konservasi Spesies • Lanskap ekosistem (hutan, lahan basah, dll) dipelajari dalam ekologi lanskap. • Habitat terfragmentasi atau terisolasi • Daerah tepi dan koridor berperan dalam pemeliharaan keragaman hayati Underpass berperan sebagai koridor dua habitat harimau (Felis concolor) yang terpisah oleh jalan. “Jembatan hewan” di TN Banff Kanada. 45