Agroekosistem

Agroekosistem adalah pertanian yg bersifat hubungan timbal balik antara sekelompok manusia (masyarakat) dan lingkungan fisik dr lingkungan hidupnya guna memungkinkan kelangsungan hidup kelompok manusia (masyarakat) itu.

Struktur Agroekosistem

Struktur biotik

            Kebanyakan tanaman merupakan tanaman semusim, baik anual maupun bianual. Tanaman dipelihara dengan populasi murni, biarpun beberapa gulma tumbuh bersama-sama tanaman.

Benih gulma, selalu ada di lapangan, tumbuh pada kondisi yang biarpun kadang-kadang kurang menguntungkan. Kebanyakan gulma, disebarkan dalam bentuk biji pada waktu penebaran dan juga melalui air irigasi dan binatang perantara. Tanaman dan gulma merupakan produsen dan konsumennya terutama herbivora, terdiri atas beberapa spesies serangga, burung dan ammalia kecil. Populasi dekomposer (pembusuk) kebanyakan bangsa fungi, bakteri dan nematoda dan sebagainya. Pengetahuan mengenai karakteristik fenologi dan fitososiologi (kepadatan, frekuensi dan pertumbuhan) ekosistem tanaman pada interval 15 hari akan menggambarkan dinamika hubungan tanaman dengan gulma - serangga - burung. Studi mengenai LAI, struktur khlorofil (jumlah khlorofil terdistribusi pada daun, cabang dan batang) yang menyertai profil biomas dan pola penyimpanan enersi pada produsen primer memberikan informasi mengenai aktivitasnya.

Produsen primer

            Untuk mengendalikan gulma terbaik antara lain adalah dengan mengatur daur hidup bersama dengan tanaman. Penelitian di lapangan menunjukkan bahwa ada indikasi bahwa gulma sangat bervariasi dari lapangan ke lapangan tergantung tipe tanaman dan musim pertumbuhan. Sifat fisik dan kimia tanah, faktor iklim mikro di dekat permukaan tanah, dominasi benih gulma memungkinkan adanya variasi kualitatif dan kuantitatif dalam  flora gulma di lapangan pertanian.

Gulma berkompetisi dengan tanaman pokok untuk faktor pertumbuhannya dan mempengaruhi pertumbuhan tanaman dan hasil. Biomas merupakan yang baik untuk struktur komunitas. Tidak seperti komunitas alam, biomas tanaman tetap bertambah dari permulaan, stadium pertumbuhan vegetatif sampai panen.

Nilai biomas tanaman yang diperoleh waktu panen memperlihatkan variasi yang lebar di antara tanaman yang berbeda di pertanaman monokultur. Kecuali ubi-ubian, perbandingan yang lebih besar penimbunan bahan kering terjadi di batang. Akar menempati proporsi yang kecil dari keseluruhan biomas (15-20%). Dengan demikian perbandingan akar dan batang kecil (0,1-0,3) di tanaman pertanian.

Perbandingan itu bervariasi antara 0,8 - 3,1 di padang rumput yang didominasi oleh rumput tahunan dan legum memperlihatkan akumulasi biomas bagian dalam tanah lebih besar.

            Luas daun tanaman merupakan pengukuran terbaik untuk  besarnya fotosyntesis dan pengukuran luas daun yang lebih praktis untuk lapangan pertanian dengan hasil ditunjukkan per unit luas lahan, ialah luas daun per unit luas lahan (LAI). Kominitas tanaman pertanian mempunyai nilai rata-rata antara 6 - 13 (hutan) dan 3 - 15 (rumput-rumputan). Dalam tanaman semusim LAI terus naik dengan bertambahnya umur dan menuju puncak pada pembungaan yang kemudian turun. Komunitas alam tidak seperti itu.

Pada serealia LAI tidak menghitung asimilasi total yang terdapat di batang dan bulir yang memiliki khlorofil memperlihatkan secara nyata efisiensi fotosintetik tanaman. LAI ada korelasi positif dengan produktivitas dalam beberapa contoh produksi maksimum diperoleh bila LAI di sekitar 4.

Perhitungan lebih jauh dalam LAI tidak membawa efek positif pada produksi bersih karena harus mengimbangi kehilangan respirasi. Sudut daun dan posisinya berinteraksi dengan LAI dalam peranan penetrasi cahaya ke dalam kanopi. Daun yang tegak dengan sudut yang kecil/tajam semacam rumput-rumputan menyebabkan distribusi cahaya yang lebih efisien dalam kanopi daripada yang horizontal.

Pola daun yang spesifik menentukan produksi komunitas tanaman pertanian. Dari beberapa penelitian memperlihatkan bahwa arah barisan (Utara, Selatan, Barat, Timur) dapat memberikan pengaruh pada hasil hubungannya dengan penetrasi cahaya.

            Khlorofil di tanaman hijau menangkap energi cahaya untuk proses fotosintesis. Kandungan khlorofil ada hubungannya dengan produksi bahan kering, dan digunakan sebagai suatu indeks produksi potensial produksi populasi tanaman/komunitas.

Daftar 4. Kandungan khlorofil pada ekosistem tanaman yang berbeda (gr/m²)

Tanaman	Khlorofil
Tanaman pertanian yang rapat Jagung Gandum Padi	0,30 - 0,50 2,66 7,11 - 10,75 2,05 - 4,25

Sumber : K.C. Misra (1980)

            Dalam hubungannya dengan umur memperlihatkan peningkatan sampai dengan pembungaan kemudian turun karena ada senescene dan sheding daun bawah.

            Stratifikasi distribusi khlorofil pada padi dan gandum menunjukkan bahwa kandung-an khlorofil terkecil di dekat permukaan tanah dan secara berangsur-angsur naik dengan semakin jauh dari permukaan tanah sampai calon bulir, tetapi setelah pembungaan jumlah khlorofil di semua strata cenderung menurun. Akumulasi khlorofil lebih besar dalam strata yang lebih atas kemungkinan hubungannya dengan penggunaan yang lebih efisien dalam enersi cahaya.

            Kandungan enersi per unit berat jaringan dan jumlahnya dalam phytomass menunjukkan struktur subsistem produsen dalam ekosistem.

Konsentrasi kalori di beberapa tanaman sebagai berikut :

Daftar 5. Kandungan enersi pada beberapa tanaman (K cal/gr berat kering)

Tanaman	Daun	Cabang	Buah	Akar
Jagung (India) Jagung (Jerman) Heliantus annus Triticum aestivum Phaseolus aureus Oryza sativa	3,445 4,045 3,404 3,672 3,870 4,126	3,145 4,155 4,014 4,074 0,073 3,684	4,025 4,291 5,014 4,109 4,498 4,005	2,805 3,192 4,611 4,024 4,267 3,578

Sumber : K.C. Misra (1980)

            Umur tanaman dan komposisi kimia membawa pengaruh terhadap variasi kandungan enersi. Di beberapa varietas pada kandungan enersi yang tinggi terjadi selama pertumbuhan vegetatif dari awal.

Pada gandum dan rumput memperlihatkan konsentrasi kalori berhubungan dengan berubahnya perbandingan lemak, karbohidrat dan protein dalam tanaman.

Lemak dan minyak merupakan organ yang diperkaya enersi. Pola akumulasi enersi di beberapa varietas padi terjadi selama fase pertumbuhan vegetatif.

Pada permulaan menunjukkan 41 - 53% dari titik enersi diakumulasi di helaian daun dan 16 - 23% di akar. Akumulasi enersi di batang secara bertahap meningkat sesuai dengan meningkatnya berat tanaman. Tingkat kemasakan 85 - 90%, total enersi diperlihatkan oleh biomas dalam bentuk biji dan daun, dan sisanya 10 - 15% berupa batang dan akar.

Konsumen

            Karena produsen yang homogen maka hanya beberapa binatang yang sesuai saja mengambil bagian dari ekosistem tersebut. Rantai makanan sangat sederhana dengan 2 - 3 tingkatan trofik. Lebih-lebih dengan beberapa aktivitas pengolahan tanah, irigasi, penyiangan dan sebagainya yang mempengaruhi binatang dalam tanah dan kadang-kadang hal ini pengaruhnya sangat tegas sehingga tercipta kondisi baru. Komunitas tanaman hanya dapat dijadikan tempat tinggal binatang kecil yang hanya datang secara temporer.

Pengurai

            Karena praktek-praktek pemeliharaan antara lain pemupukan, penggunaan pestisida serta kecilnya kandungan bahan organik maka mempersempit aktivitas dekomposer/pengurai dalam ekosistem pertanian.

Abiotik

            Praktek bercocok tanam yang berbeda dapat menyebabkan komposisi fisik dan kimiawi tanah yang berbeda. Pemupukan kimia, irigasi dan pola drainase menyebabkan perbedaan kualitas tanah.

Ciri-ciri tanah pertanian :

- mudah tererosi

- lapisan kesuburan ± 30 cm

- akumulasi garam di lapisan bawah (pelindian)

- miskin bahan organik

            Untuk mengevaluasi struktur abiotik agroekosistem kita dapat mengestimasi jumlah nutrien (N, P, K, dan sebagainya) yang ada dalam biomas dan tanah pada setiap waktu dengan demikian dapat untuk mempertimbangkan pemupukan dan irigasi yang tepat.

Fungsi Dalam Agroekosistem

Produktivitas primer

            Dari tinjauan produktivitas organik dengan masukan enersi, agroekosistem dunia saat ini menghasilkan ± 10 milyar ton bahan kering/tahun.

Cahaya matahari yang masuk ke kanopi tanaman digunakan dalam proses fotosintesis yang menghasilkan kekuatan dalam produktivitas organik. Penelitian dari beberapa disiplin menghasilkan suatu kesimpulan bahwa sekarang ada 3 mekanisme fotosintesis ialah siklus Kelvin, C₄ - asam dekarboksilat dan metabolisme asam grasulacean. Sejumlah tanaman penting (jagung, gula, shorgum dan sebagainya) mempunyai jalur C₄. Produktivitas bersih tanaman C₄ lebih tinggi dari tanaman siklus Kelvin. Tanaman selama puncak musim pertumbuhan mengkonversi 6 - 8% total enersi sinar matahari ke bahan organik dalam produksi kotor. Produksi bersih rata-rata ½ produksi kotor itupun hanya 50% yang dapat untuk heterotrop (hewan dan manusia).

Efisiensi konversi enersi berbeda karena :

- beda varietas

- musim pertumbuhan

- kondisi pertumbuhan/pertanaman

Daftar 6. Hubungan antara enersi solar dan produksi bersih/kotor (K cal/cm²/hr)

Tanaman	Radiasi Solar	Prod. Bersih	Prod. Kotor	Author’s
Gula (Hawai) Jagung (Israel) Gula bit (Ingg.) Gandum (India) Padi (India)	4.000 6.000 2.650 1.567 2.904	190 190 144 43 60	306 405 202 55 -	Montieth, ‘65 Montieth, ‘65 Montieth, ‘65 Dwivedi, ‘70 Singh, MK, ‘74

Sumber : K.C. Misra (1980)

Daftar 7. Produksi primer bersih (g/m²/hr) dan efisiensi konsentrasi enersi (%) tanaman pertanian

Tanaman	PPN lamanya tanam	Semusim	eke %	Author’s
Gandum (diairi dan dipupuk)	9,96-10,65	3,90-4,08	1,99-2,29	Misra dan Pan-dey, ‘72
Pearl millet (tak diairi dan dipupuk)	21,12	6,94	-	Misra dan Pan-dey, ‘72
Jagung (diairi dan di-pupuk)	4,50-8,36	1,32-2,64	0,98-1,48	Misra dan Pan-dey, ‘72
Padi (diairi dan di-pupuk)	14,82-15,65	5,14-5,49	2,58-2,91	Nayar, ‘72
Padi (tak diairi dan tak dipupuk)	7,74-13,69	2,69-3,90	1,50-3,90	Singh, ‘74

Sumber : K.C. Misra (1980)

            Di samping cahaya dan suhu, sebagai pengendali produksi bersih dalam agro-ekosistem adalah kelembaban tanah, nutrisi dan kompetisi baik intra/antar spesies. Untuk lebih mendalami variasi produksi bahan kering kita perlu mengetahui beda varietas dan kondisi lingkungan dengan analisis pertumbuhan (growth analysis) yaitu dengan mendeterminasi :

1. Laju asimilasi per unit luas daun (NAR)

2. Laju produksi bahan kering per unit berat bagian tanaman (RGR)

3. Luas daun per unit luas lahan (LAI)

(Leopold, 1975/1980)

Aliran enersi

            Tanah pertanian merupakan ekosistem tersubsidi yang diperlukan untuk membuat kondisi optimum yang diinginkan dengan tujuan efisiensi produsen pada tingkat batas maksimum. Subsidi itu tentu saja sangat diperlukan, lebih-lebih dengan waktu singkat harus menghasilkan, seperti pada kebanyakan tanaman semusim antara 60 - 90 hari saja subsistem produsen mencapai kemasakan dan efisiensi fotosintesis menurun karena umur.

Setelah panen kira-kira 85 - 905 enersi terakumulasi dalam bagian atas tanah yang kemudian masuk ke grazing food chain yang sederhana terutama meliputi manusia dan ternak.

            Menurut Singh (1974) pada padi produksi bersih 5 - 60% berbentuk jerami dan biji. Dalam agrosistem daerah sedang (temperate) lebih 50% enersi yang dipanen, digunakan sebagai makanan ternak untuk produksi daging dan susu (protein).

Di daerah tropika sebagian besar populasi manusia hidup dengan tingkat enersi rendah sedang di daerah temperate, tinggi. Enersi yang masuk ke detritus food chain ± 10 - 15% dari produksi bersih.

Jerami dan daun jatuh ke tanah dan akar-akar merupakan sumber masukan enersi kimia ke dalam subsistem tanah. Jumlah ini umumnya tidak mencukupi untuk memelihara kesuburan tanah pada taraf optimum. Enersi yang masuk ke dalam “detritus food chain” belum banyak diketahui sampai saat ini.

Daur nutrisi/bahan

            Dalam ekosistem terestrial sumber/mineral dari tanah, secara alami status nutrisi dipelihara oleh adanya proses daun Biogeokimia.

Di dalam agroekosistem sebagian besar nutrisi terikut sebagai hasil panen dan tidak kembali lagi secara alami sehingga diperlukan pemupukan. Karena itu daur yang biasa terjadi terputus/asiklik.

Faktor-faktor

            Semua yang berpengaruh terhadap struktur dan fungsi ekosistem berpengaruh pula di sini. Kecuali itu ada faktor lain yang berpengaruh antara lain :

1. Kompetisi (intra/antar spesifik)

2. Pengelolaannya antara lain :

- pembajakan

- pergiliran tanaman

- rotasi pengelolaan

- pembakaran

- pemupukan

- irigasi

- penendalian hama/penyakit

- varietas baru

Dari sekian banyak pengelolaan itu sebagian besar telah dibicarakan pada disiplin ilmu lain seperti ilmu bercocok tanam, pengendalian pengganggu dan lain-lain. Untuk tidak mengalami duplikasi maka di sini hanya akan dibicarakan mengenai pengendalian hama/penyakit dipandang dari segi ekologi.

Pengendalian pengganggu

            Apa yang dibicarakan di sini lebih bersifat konsep, sedangkan teori-teori yang lebih mendalam juga praktek-praktek pengendaliannya sudah dibicarakan didisiplin ilmu hama, ilmu penyakit dan ilmu gulma.

Di dunia binatang dan tumbuhan dikenal adanya strategi hidup, yaitu strategi r (pada suatu ekstrem) dan strategi K (pada ekstrem yang lain).

r - diambil dari rumus pertumbuhan populasi

K - diambil dari asimtot atas kurve sigmoid

Ciri-ciri masing-masing adalah sebagai berikut :

- Strategi r : Jenis-jenis kehidupan yang hidupnya opportunis, jadi bersifat :

            - Menempati habitatnya hanya secara tradisional

            - Mobilitasnya tinggi

            - Ukuran tubuhnya kecil, sehingga perlu enersi yang besar. Karena hal-hal di atas,

maka tidak mempunyai mekanisme pertahanan dan kompetisi. Dengan demikian dapatlah dinyatakan hide dan seek.

            - Memanfaatkan habitat secara cepat

            - Adanya reproduksinya besar. Sebagai contoh : lalat, nyamuk.

- Strategi K : yaitu jenis-jenis kehidupan yang menjaga habitat sedemikian rupa agar

tidak rusak,oleh karena itu populasinya selalu di bawah daya dukung habitatnya.

Dengan demikian :

            - Menyesuaikan diri dengan habitat

            - Mempunyai mekanisme adaptasi, kompetisi dan pertahanan

sehubungan dengan strategi hidup kehidupan di atas maka makhluk pengganggu tidak terlepas dari sifat itu. Seorang pemilik perkebunan kopi dan coklat di Afrika yaitu CONWAY (1977) berdasarkan pengalamannya menemukan bahwa setiap cara pengendalian hanya cocok untuk pengganggu dengan strategi hidup tertentu saja.

Sumber: http://fp.uns.ac.id/~hamasains/ekotan%208.htm