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. Energi cahaya (ultra violet) chlorophyll (pigmen) FOTOSINTESIS 6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6O2 Bahan-bahan pembentuk sel harus tersedia (N, P, Fe,Si, dll) • Total fotosintesis (Gross photosyntesis) = produksi O2total (ΔO2 botol terang+ΔO2botol gelap) • Net photosyntesis = produksi O2 total minus respirasi selama siang hari

5. 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 45-50%nya. - ketinggian tempat (altitude) mempengaruhi jumlah cahaya yang sampai ke danau Aspek-aspek penting dalam fotosintesis/produksi primer 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 > Intensitas cahaya berkurang dengan bertambah dalam > Bahan-bahan terlarut terutama menyerap  cahaya biru > 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. I (initial) 2 botol terang Diperlukan 3 botol BOD L (light) 1 botol gelap (D – dark) METODE OKSIGEN UNTUK MENDUGA PRODUKTIVITAS PRIMER • Ambil sampel pada kedalaman tertentu (dgn Van Dorn sampler atau Kemmerer sampler atau bottle train sampler • Masukkan ke dalam ketiga botol BOD sesuai prosedur untuk O2 • Ukur kadar O2 di botol I dgn titrasi “Winkler” (misal: I mg/L) • Botol L dan D masukkan kembali ke perairan di kedalaman semula, dan biarkan selama 6 jam • 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 dibeberapa kedalaman  masukkan kedalam 2 botol terang & 1 botol gelap b. Tambahkan 1ml larutan Na214CO3 (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), Na214CO3 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)

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  CO2hasil 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 diperkenanalkanoleh - 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 >< penambahan NaOH atau pH >< ∑ 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

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.