Materi Kuliah

Nama : Salma
NIM  : J1C110027

1. Kuliah pertama : konsep ekosistem

Pengantar

Ekologi Ekosistem berinteraksi antara organisme dan lingkungan sebagai sistem yang telah terintegrasi. Pendekatanyang  mendasar  pada ekosistem  dalam pengelolaan sumber daya bumi karena interaksi yang berhubungan antara  sistem biotik dengan sistem fisik di mana saling  bergantung. Ini berlaku pada skala Bumi secara keseluruhan.  Sebuah pendekatan ekosistem sangat penting untuk pengelolaan sumber daya, seperti pemanfaatan yang berkelanjutan sumber daya dalam peradaban  populasi manusia dan konsumsi besar meningkat, perubahan cepat dalam lingkungan global. ketergantungan pada konsep ekosistem bisa dilihat di banyak daerah. Bangsa  Amerika mengadakan Konvensi Keanekaragaman Hayati tahun 1992 misalnya, mempromosikan pendekatan ekosistem, termasuk manusia untuk melestarikan keanekaragaman hayati daripada pendekatan yang lebih berbasis spesies yang didominasi sebelumnya. Ada peran  apresiasi  yang berkembang bahwa individu, spesies, atau kelompok spesies, berada dalam  di fungsi ekosistem  tersebut dan bagaimana fungsi-fungsi tersebut menyediakan layanan yang sangat penting bagi kesejahteraan manusia. Pasokan ikan dari laut kini menurun karena manajemen perikanan bergantung pada spesies berbasis pendekatan yang tidak memadai mempertimbangkan sumber daya ikan yang tergantung komersial. Sebuah pandangan yang lebih holistik adalah sistem yang dikelola dapat menjelaskan kompleks interaksi yang berlaku bahkan ekosistem yang paling sederhana. Hal tersebut juga dapat  meningkatkan  apresiasi  pemahaman menyeluruh tentang ekosistem sangat penting untuk mengelola kualitas dan kuantitas pasokan air kita dan dalam mengatur komposisi atmosfer yang menentukan iklim di Bumi.

Sekilas Ekologi Ekosistem

Aliran energi dan materi melalui organisme dan lingkungan fisik menyediakan kerangka untuk memahami keragaman bentuk dan fungsi fisik Bumi dan proses biologis. Mengapa hutan tropis memiliki pohon-pohon besar tetapi menumpuk hanya pada lapisan tipis daun yang mati di permukaan tanah, sedangkan tundra mendukung tanaman kecil tapi kelimpahan bahan organik tanah? Mengapa penurunan konsentrasi karbon dioksida di atmosfer di musim panas dan meningkatkan di musim dingin? Apa yang terjadi dengan sebagian nitrogen yang ditambahkan ke ladang-ladang petani tetapi  tidak dipanen dengan tanaman? Mengapa pengantar spesies eksotis begitu kuat dipengaruhi oleh produktivitas dan frekuensi kebakaran padang rumput dan hutan? Mengapa jumlah orang di Bumi berkorelasi sangat kuat dengan konsentrasi metana es topi di Antartika  atau dengan jumlah nitrogen yang masuk pada Lautan bumi? Ini adalah perwakilan pertanyaan yang harusnya ditangani oleh ekologi ekosistem. Jawaban atas pertanyaan-pertanyaan memerlukan pemahaman dari interaksi antara organisme dan fisik lingkungan mereka – respon baik organisme terhadap lingkungan dan efek dari organisme di lingkungan mereka. Mengatasi pertanyaan-pertanyaan ini kita juga membutuhkan pemikiran bahwa sistem ekologi yang terintegrasi daripada organisme individu atau komponen fisik. Analisis Ekosistem berusaha untuk memahami faktor-faktor yang mengatur renang (jumlah) dan fluks (arus) bahan dan energi melalui sistem ekologi. Bahan-bahan ini termasuk karbon, air, nitrogen, batu-mineral yang diturunkan seperti fosfor, dan novel bahan kimia tersebut sebagai pestisida atau radionuklida yang orang dimiliki ditambahkan ke lingkungan. Bahan-bahan ini ditemukan di abiotik (nonbiological) renang seperti tanah, batu, air, dan suasana dan di biotik renang seperti tanaman, hewan, dan mikroorganisme tanah. Suatu ekosistem terdiri dari semua organisme dan kolam renang abiotik yang mereka berinteraksi. Proses ekosistem adalah transfer energi dan bahan dari satu kolam renang yang lain. Energi memasuki ekosistem ketika energi cahaya melalui pengurangan karbon dioksida (CO2) untuk membentuk gula selama fotosintesis. Bahan organik dan energi terkait erat ketika mereka bergerak melalui ekosistem. Energi yang hilang dari ekosistem ketika bahan organik yang teroksidasi kembali ke CO2 oleh pembakaran atau respirasi tanaman, hewan, dan mikroba. Bahan bergerak di antara komponen abiotik dari sistem melalui berbagai proses, termasuk pelapukan batuan, penguapan air, dan pembubaran bahan dalam air. Fluks yang melibatkan komponen biotik meliputi penyerapan mineral oleh tanaman, kematian tumbuhan dan hewan, dekomposisi mati bahan organik oleh mikroba tanah, konsumsi tanaman dengan herbivora, dan konsumsi herbivora oleh predator. Sebagian besar fluks sensitif terhadap faktor lingkungan, seperti suhu dan kelembaban, dan faktor  biologi yang mengatur dinamika  populasi dan interaksi spesies dalam komunitas. Kontribusi unik dari ekosistem ekologi adalah fokus pada faktor-faktor biotik dan abiotik sebagai  interaksi komponen yang terintegrasi sistem tunggal. Seberapa besar ekosistem itu? Itu skala yang cocok pada pertanyaan yang diminta. Dinamika ekosistem adalah produk dari banyak skala temporal. Tingkat proses ekosistem selalu berubah karena fluktuasi di lingkungan dan kegiatan organisme pada skala waktu mulai dari mikrodetik untuk jutaan tahun. Cahaya capture selama fotosintesis hampir merespon seketika ketersediaan fluktuasi cahaya ke daun. Pada ekstrim yang berlawanan, evolusi fotosintesis 2 miliar tahun yang lalu oksigen ditambahkan ke atmosfer selama jutaan tahun, hal ini menyebabkan geokimia yang berlaku di permukaan bumi untuk mengubah reduksi dari bahan kimia terhadap oksidasi kimia (Schlesinger 1997).

Mikroorganisme dalam kelompok Archaea berkembang sebagai awal pengurangan di Bumi. Mikroba ini masih menjadi satu-satunya organisme yang memproduksi metana. Mereka sekarang berperan dalam lingkungan anaerobik seperti tanah lahan basah dan interior dari agregat tanah atau usus hewan. Kejadian gunung meletus dan erosi sangat mempengaruhi ketersediaan mineral untuk mendukung pertumbuhan. Vegetasi tanaman masih bermigrasi dalam menanggapi mundurnya Pleistosen gletser 10.000 hingga 20.000 tahun yang lalu. Setelah  gangguan seperti kebakaran atau pohon jatuh, ada tahap perubahan dalam tanaman, hewan, dan mikroba selama bertahun-tahun untuk berabad-abad. Tingkat karbon masukan ke ekosistem melalui fotosintesis berubah seiring skala detik waktu untuk variasi dalam cahaya, suhu dekade,

dan luas daun.

Banyak pelajaran ekologi ekosistem dalam menyederhanakan asumsi bahwa beberapa

ekosistem berada dalam kesetimbangan dengan lingkungan mereka. Dalam perspektif ini, ekosistem relatif tidak terganggu yang dianggap memiliki sifat yang tercermin:

(1) sebagian besar tertutup sistem didominasi oleh daur ulang elemen internal,

(2) pengaturan diri dan deterministik dinamika,

(3) titik akhir stabil atau siklus, dan

(4) adanya gangguan dan pengaruh manusia (Pickett et al 1994,. Turner et al. 2001).

Salah satu konsep yang paling penting dalam kemajuan ekologi ekosistem telah meningkatkan pengakuan akan pentingnya masa lalu dan peristiwa kekuatan eksternal dalam membentuk fungsi ekosistem. Dalam nonequilibrium perspektif ini, kita menyadari bahwa ekosistem yang paling menunjukkan input dan kerugian, dinamika mereka dipengaruhi oleh kedua faktor eksternal dan faktor internal, mereka menunjukkan keseimbangan tidak stabil yang tunggal, gangguannya adalah komponen alami dinamika mereka, dan aktivitas manusia memiliki pengaruh luas. Komplikasi terkait dengan nonequilibrium saat dilihat memerlukan lebih dinamis dan stochastic melihat kontrol atas proses ekosistem. Ekosistem dianggap stabil pada negara jika keseimbangan antara input dan output ke sistem tidak menunjukkan tren dengan waktu (Johnson 1971, Bormann dan Likens 1979). Asumsi keadaan tetap  berbeda dari asumsi ekuilibrium karena mereka menerima sementara dan spasial variasi sebagai aspek normal dinamika ekosistem. Bahkan untuk keadaan tetap. Misalnya, perubahan pertumbuhan tanaman dari musim panas ke musim dingin dan antara tahun basah dan kering. Ekosistem atau lanskap berada dalam keadaan stabil jika ada jangka panjang yang terarah pada sifat mereka atau dalam keseimbangan antara input dan output. Tidak semua ekosistem dan lanskap dalam negara stabil. Bahkan, arah perubahan iklim dan lingkungan yang disebabkan oleh kegiatan manusia yang sangat mungkin menyebabkan perubahan secara langsung sifat ekosistem. Meskipun demikian, lebih mudah memahami hubungan proses ekosistem dengan lingkungan saat ini dalam situasi di mana mereka tidak pulih dari gangguan besar baru-baru ini. Setelah kita memahami perilaku sistem dengan tidak adanya gangguan baru-baru ini, kita bisa menambahkan kompleksitas yang terkait dengan kelalaian waktu dan tingkat perubahan ekosistem. Ekologi ekosistem menggunakan konsep yang dikembangkan pada tingkat resolusi yang lebih halus untuk membangun pemahaman dari mekanisme yang mengatur seluruh Sistem di Bumi. Secara biologi pergerakan dimediasi karbon dan nitrogen melalui ekosistem tergantung pada fisiologis sifat tanaman, hewan, dan mikroorganisme tanah. Ciri-ciri organisme ini produk-produk dari sejarah evolusioner mereka dan kompetitif interaksi semacam spesies ke dalam masyarakat di mana mereka berhasil tumbuh, bertahan hidup, dan bereproduksi (Vrba dan Gould 1986).

Sejarah Ekologi Ekosistem

Banyak penemuan awal biologi termotivasi oleh pertanyaan tentang sifat terpadu sistem ekologi. Dalam abad ketujuh belas, para ilmuwan Eropa yang masih belum pasti tentang sumber bahan yang ditemukan di tanaman. Plattes, Hooke, dan lain-lain menuangkan Ide dalam bukunya bahwa tanaman berasal dari makanan baik udara dan air (Gorham 1991).

Priestley, melanjutkan gagasan ini pada abad kedelapan belas yang menunjukkan bahwa tanaman menghasilkan zat yang penting untuk mendukung pernafasan hewan. Pada  waktu yang sama MacBride dan Priestley menunjukkan bahwa kerusakan bahan organik menyebabkan produksi "fixed air" (karbon dioksida), yang tidak mendukung kehidupan binatang. De Saussure, Liebig, dan lain-lain mengklarifikasi eksplisit peran karbon dioksida, oksigen, dan nutrisi mineral dalam siklus pada  abad kesembilan belas. Sebagian besar  Penelitian biologi selama abad kesembilan belas dan kedua puluh berabad-abad kemudian mengeksplorasi secara rinci mekanisme biokimia, fisiologi, perilaku, dan evolusi yang menjelaskan bagaimana kehidupan fungsi. Hanya dalam beberapa dekade terakhir telah kita kembali ke pertanyaan yang awalnya termotivasi pada penelitian ini: Bagaimana proses biogeokimia terintegrasi dalam fungsi ekosistem alami? Banyak Benang pemikiran ekologi memberikan kontribusi terhadap pengembangan ekosistem ekologi (Hagen 1992)


Nama : Herlina Yuniar
Nim : J1C110054

3. Geologi dan Tanah

Dalam sebuah rezim iklim yang diberikan sifat tanah merupakan faktor utama yang mengatur proses ekosistem.

Pendahuluan

Tanah membentuk film tipis di atas permukaan bumi di mana proses geologi dan biologi berpotongan. Tanah terdiri dari padatan, cairan, dan gas, dengan padatan biasanya menempati sekitar setengah volume tanah, dan cairan dan gas masing-masing 15 sampai 35% menempati volume. Matriks fisik tanah menyediakan sumber air dan nutrisi untuk tanaman dan mikroba dan merupakan sistem pendukung fisik di mana vegetasi terestrial berakar. Ini adalah media di mana organisme pengurai dan paling banyak hewan hidup. Untuk alasan ini, sifat fisik dan kimia tanah sangat mempengaruhi semua aspek fungsi ekosistem, yang, pada gilirannya, memberi makan kembali untuk mempengaruhi sifat fisik, struktur dan kimia tanah. Tanah memainkan peran integral dalam proses ekosistem yang sulit untuk memisahkan studi tanah itu proses ekosistem. Dalam ekosistem air terbuka (pelagis), fitoplankton tidak dapat secara langsung memanfaatkan sumber daya dari sedimen, sehingga proses sedimen menyediakan sumber daya gizi untuk produsen primer secara tidak langsung melalui pencampuran kolom air.

Tanah juga merupakan komponen penting dari Sistem Bumi total. Mereka memediasi banyak reaksi kunci dalam global raksasa reduksi-oksidasi siklus karbon, nitrogen, dan belerang dan menyediakan sumber daya penting untuk proses biologis yang mendorong siklus ini. Tanah merupakan persimpangan dari "bio" dan "geo", dan kimia di biogeochemistry. Banyak bab-bab selanjutnya dalam buku ini membahas dinamika jangka pendek dari proses tanah, terutama proses-proses yang terjadi pada skala waktu jam untuk berabad-abad. Bab ini menekankan proses tanah yang terjadi selama skala waktu yang lebih lama atau yang sangat dipengaruhi oleh interaksi fisik dan kimia dengan lingkungan. Ini adalah latar belakang penting untuk memahami dinamika ekosistem.

 Sebuah Isu Focal

Kegiatan manusia telah secara besar-besaran meningkatkan masukan nutrisi dan sedimen dari darat untuk ekosistem perairan. Tanah yang berkembang selama ribuan tahun dapat terkikis dalam beberapa tahun ke dekade, menyebabkan hilangnya kapasitas produktif dalam ekosistem dataran tinggi dan akumulasi dalam waduk, dataran banjir dataran rendah, muara, dan perairan pesisir. Pada rentang waktu manusia ini adalah restrukturisasi dasarnya permanen lanskap daerah. Budidaya luas kekeringan sensitif tanaman di lahan marjinal di Amerika Serikat pada 1920-an, misalnya, menciptakan lanskap rentan terhadap kekeringan. Panas dan cuaca kering dikombinasikan dengan angin yang kuat di tahun 1930-an menyebabkan erosi angin luas yang mengurangi potensi produktif dari tanah, modifikasi iklim regional, dan memicu penelantaran tanah dan migrasi manusia. Erosi dari dataran tinggi loess di Cina dan lahan kering di sub-Sahara Afrika adalah isu-isu saat ini yang mengancam mata pencaharian jutaan orang selama daerah yang luas. Apa sifat vegetasi dan tanah menyebabkan beberapa tanah menjadi lebih rentan terhadap erosi daripada yang lain? Mengapa humus yang merupakan lapisan pertama yang akan terkikis, sehingga jauh lebih subur daripada tanah yang lebih dalam? Apa konsekuensi dari erosi angin dan air bagi ekosistem di mana partikel tanah yang disimpan? Apa praktik manajemen mempertahankan tanah produktivitas dan mengurangi tingkat erosi ? Bab ini membahas pertanyaan-pertanyaan dan isu-isu lain yang penting bagi keberlanjutan ekosistem dan lanskap dikelola.

Kontrol atas Pembentukan Tanah

Sifat tanah hasil ekosistem dari keseimbangan dinamis dari dua kekuatan yang bertentangan: tanah pembentukan dan hilangnya tanah. Faktor negara berbeda dalam pengaruhnya terhadap proses-proses yang berlawanan dan karena itu pada tanah dan sifat ekosistem.

Bahan Induk

Fisik dan kimia dari batuan dan tingkat di mana mereka terangkat dan cuaca sangat mempengaruhi sifat-sifat tanah. Dinamika siklus batu, operasi selama miliaran tahun, mengatur variasi dan distribusi bahan geologi di permukaan bumi. Siklus batuan menggambarkan proses siklus dimana batuan terbentuk dan cuaca, yaitu, kimia dan fisik diubah dekat permukaan bumi. Siklus batuan mineral yang menghasilkan buffer keasaman biologis yang menyumbang banyak pelapukan batuan tetapi juga menyediakan banyak nutrisi yang memungkinkan biologi untuk menghasilkan keasaman ini. Senyawa-senyawa yang dihasilkan oleh pelapukan bergerak melalui sungai ke danau, waduk, dan laut di mana mereka disimpan untuk sedimen bentuk, yang kemudian dikubur untuk membentuk batuan sedimen. Batuan beku terbentuk ketika magma dari dalam bumi bergerak ke atas menuju permukaan retak atau gunung berapi. Entah batuan sedimen atau beku dapat dimodifikasi di bawah panas atau tekanan untuk membentuk batuan metamorf. Dengan panas tambahan dan tekanan, batuan metamorf mencair dan menjadi magma. Salah satu jenis batuan dapat diangkat ke permukaan melalui pengangkatan, setelah materi ini kembali mengalami pelapukan dan erosi. Bumi kerak siklus melalui siklus batu setiap 100-200 juta tahun, yaitu, 2-4 kali sejak tanaman pertama menjajah tanah. Waktu dan lokasi pengangkatan dan jenis batuan terangkat pada akhirnya menentukan distribusi berbagai jenis batuan dasar di seluruh permukaan bumi.

Tektonik lempeng adalah kekuatan pendorong di belakang siklus batu. Litosfer atau kerak, kulit terluar yang kuat dari bumi yang naik di bawah materi sebagian cair, dipecah menjadi kaku piring besar, yang masing-masing bergerak secara independen. Dimana piring berkumpul dan berbenturan, bagian dari litosfer gesper bawah dan subduksi, yang mengarah ke pembentukan parit laut, sedangkan lempeng utama yang terangkat, menyebabkan pembentukan pegunungan Kawasan tumbukan lempeng dan aktif pembentukan gunung bertepatan dengan sabuk utama gempa bumi. Pegunungan Himalaya, misalnya, masih meningkat karena benturan benua India dengan Asia 40 juta tahun yang lalu. Jika piring berkumpul di satu tempat, mereka harus menyimpang atau memisahkan tempat lain. Sepanjang sejarah Bumi besar super-benua telah terbentuk dan rusak terpisah, dengan benua rafting ke lokasi baru dan membentuk baru yang super-benua. Ini terjadi baru-baru ini ketika benua super Pangaea putus 50-200000000 tahun lalu untuk membentuk Eurasia, Afrika, Antartika, dan Amerika. Australia, misalnya, bergerak dari titik asal di Antartika menuju Asia Tenggara pada 5-6 cm thn-1. Pertengahan Atlantik dan Pasifik pertengahan punggung adalah zona divergensi aktif piring laut hari ini. Pergeseran benua telah rafted biota dunia dan tanah melalui beberapa zona iklim selama sejarah evolusi mereka.

Iklim

Temperatur, kelembaban, karbon dioksida, dan tingkat pengaruh oksigen reaksi kimia yang mengatur laju dan produk pelapukan, serta aktivitas biologis, dan oleh karena itu pengembangan tanah dari batu. Suhu, kelembaban, dan oksigen juga mempengaruhi proses biologis seperti produksi bahan organik oleh tanaman dan dekomposisi oleh mikroba dan oleh karena itu jumlah dan kualitas bahan organik dalam tanah (lihat Bab 5 sampai 7). Karbon tanah, misalnya, meningkat dengan menurunnya temperatur dan curah hujan meningkat seiring dengan gradien iklim global dan regional (Post et al 1982,. Burke et al. 1989, Jobbágy dan Jackson 2000). Curah hujan merupakan salah satu jalur di mana bahan masuk ke ekosistem. Oligotrophic (miskin hara) rawa yang terisolasi dari tanah mineral dan bergantung sepenuhnya pada curah hujan untuk memasok mineral baru. Gerakan air juga penting dalam menentukan apakah produk pelapukan menumpuk atau hilang dari tanah dan diangkut ke tempat-tempat lain. Singkatnya, iklim mempengaruhi hampir semua sifat tanah pada skala mulai dari lokal hingga global.

Topografi

Topografi mempengaruhi tanah melalui efeknya pada transportasi iklim, ketersediaan air, dan diferensial partikel tanah halus. Gradien Topografi membentuk kompleks lereng bukit atau catena dari atas bukit ke bawah lembah. Ini gradien dan aspek (arah kompas) dari lereng sangat mempengaruhi sifat-sifat tanah (Amundson dan Jenny 1997). Erosi, misalnya, istimewa bergerak halus downslope bahan dan deposito mereka di posisi lereng yang lebih rendah, di mana mereka cenderung membentuk deep bertekstur halus tanah dengan kandungan organik tanah yang tinggi (Gambar 3.4) dan tinggi kapasitas menahan air. Ini lembah-bottom tanah memasok lebih banyak sumber daya untuk tanaman dan mikroba dan memberikan stabilitas fisik yang lebih besar, biasanya mengarah ke tingkat yang lebih tinggi proses ekosistem yang paling dari pada punggung atau bahu lereng. Tanah di posisi kemiringan yang lebih rendah dalam ekosistem sagebrush, misalnya, memiliki kelembaban tanah yang lebih besar, lebih tinggi konten bahan organik tanah, dan tingkat yang lebih tinggi dari mineralisasi nitrogen dan kerugian gas daripada upslope tanah (Burke et al 1990,. Matson et al. 1991).

Aspek lereng mempengaruhi masukan surya dan karena suhu tanah, tingkat evapotranspirasi, dan kelembaban tanah. Pada lintang tinggi dan di daerah beriklim basah, lingkungan basah dingin poleward menghadap lereng mengurangi tingkat dekomposisi dan mineralisasi (Van Cleve et al. 1991). Pada lintang rendah dan di daerah beriklim kering retensi lebih besar dari kelembaban tanah pada lereng tersebut memungkinkan musim lagi tumbuh dan mendukung hutan, sedangkan lereng menghadap ekuator lebih cenderung untuk mendukung gurun atau vegetasi semak (Whittaker dan Niering 1965).

Akhirnya, posisi kemiringan menentukan pola redistribusi salju di daerah beriklim dingin, dengan akumulasi terdalam bawah pegunungan dan lereng yang lebih rendah dilindungi. Ini akumulasi diferensial mengubah curah hujan yang efektif dan panjang musim tanam cukup untuk mempengaruhi proses tanaman dan mikroba baik ke musim panas.

Waktu

Banyak tanah pembentuk proses ini terjadi perlahan-lahan, sehingga waktu di mana tanah berkembang mempengaruhi sifat-sifat mereka. Batuan dan mineral yang lapuk dari waktu ke waktu, dan elemen nutrisi penting ditransfer antara lapisan tanah atau diangkut keluar dari ekosistem. Hillslopes mengikis, dan lembah dasar menumpuk bahan, dan proses biologi menambah bahan organik dan unsur hara penting seperti karbon dan nitrogen. Ketersediaan fosfor tinggi di awal pengembangan tanah dan penurunan ketersediaan waktu ke waktu karena kerugian dari sistem dan fiksasi fosfor dalam bentuk mineral yang tidak tersedia bagi tanaman (Gambar 3,5, Walker dan Syers 1976). Proses ini bermain keluar selama jutaan tahun pembangunan tanah di Hawaii, meskipun iklim hangat lembab, mengubah sistem dari keterbatasan nitrogen pada tanah muda untuk pembatasan fosfor pada tanah yang lebih tua (Hobbie dan Vitousek 2000, Vitousek 2004).

Beberapa perubahan sifat tanah terjadi relatif cepat. Mundur gletser dan dataran banjir sungai sering menyetorkan fosfor yang kaya sampai. Jika sumber benih yang tersedia, ini tanah yang dijajah oleh tanaman dengan simbiosis mikroba penambat nitrogen, yang memungkinkan ekosistem ini untuk mengakumulasi ukuran kolam maksimum karbon dan nitrogen dalam waktu 50 hingga 100 tahun (Crocker dan 1955 Mayor, Van Cleve et al. 1991) . Lain tanah pembentuk proses ini terjadi perlahan-lahan. Teras laut muda di pesisir California memiliki ketersediaan fosfor yang relatif tinggi tetapi rendah karbon dan kandungan nitrogen. Selama ratusan ribu tahun, ini teras menumpuk bahan organik dan nitrogen, menyebabkan perubahan dari pantai padang rumput ke hutan redwood produktif (Jenny et al. 1969). Selama beberapa ratus ribu tahun, silikat yang tercuci keluar, meninggalkan hardpan besi dan aluminium oksida dengan kesuburan yang sangat rendah dan tanah musiman anaerob. The cemara pygmy hutan yang berkembang atas teras tua memiliki produktivitas yang sangat rendah. Senyawa fenolik yang dihasilkan oleh pohon-pohon sebagai pertahanan terhadap herbivora juga menghambat dekomposisi, lebih lanjut mengurangi kesuburan tanah (lihat Bab 7;. Northup et al 1995).

Biota Potensi

Organisme masa lalu dan hadir pada sebuah situs sangat mempengaruhi kimia tanah dan sifat fisik. Pengembangan tanah Kebanyakan terjadi di hadapan organisme hidup. Tanaman merupakan sumber karbon organik yang masuk tanah, dan jenis tanaman yang berbeda secara fungsional (misalnya, rumput, pohon gugur, semak evergreen) sangat mempengaruhi jumlah dan terutama distribusi kedalaman karbon tanah (Jobbágy dan Jackson 2000). Karbon yang mengandung bahan organik tanah, pada gilirannya, mempengaruhi sifat yang paling fungsional dari tanah, seperti yang dijelaskan kemudian.

Tanaman juga sangat mempengaruhi sifat mineral dari tanah. Mereka adalah pompa geokimia yang menghapus bio-elemen penting dari tanah, menyimpannya dalam jaringan dan mengembalikan mereka ke tanah melalui serasah dan dekomposisi (Amundson et al. 2007). Dalam prosesnya, bentuk larut rock yang diturunkan mineral seperti fosfor, kalsium, kalium, dan silikon dapat bergerak ke atas dalam profil tanah dan yang paling tersedia di bagian atas tanah. Hal ini sebagian diimbangi oleh pencucian ke bawah. Gerakan ke atas umumnya mendominasi kecuali mineral mengendap dalam bentuk kurang tersedia pada kedalaman (misalnya, kalsium dalam tanah padang pasir atau besi dan aluminium di tanah basah), seperti yang dijelaskan kemudian. CO2 dari respirasi tanaman dan mikroba dan asam organik yang dihasilkan oleh banyak tanaman menghasilkan keasaman tanah yang memberikan kontribusi untuk batu pelapukan. Vegetasi perbedaan baik dalam penyerapan mineral atau pelepasan organik sangat mempengaruhi sifat-sifat tanah. Hal ini sering sulit, namun, untuk memisahkan ayam dari telur. Apakah vegetasi menentukan sifat tanah atau sebaliknya.

Salah satu pendekatan untuk menentukan efek vegetasi pada tanah telah ke monokultur tanaman atau campuran spesies ke situs awalnya homogen. Cepat rumput yang tumbuh di padang rumput ditingkatkan nitrogen-miskin abadi mineralisasi nitrogen (atau imobilisasi mikroba berkurang) nitrogen oleh tanah dalam waktu tiga tahun (Wedin dan Tilman 1990), seperti yang dilakukan berakar forbs di padang rumput tahunan. Pendekatan lain adalah untuk memeriksa konsekuensi dari invasi spesies atau kepunahan pada proses tanah. Invasi fixer nitrogen non-pribumi ke hutan hujan Hawaii, misalnya, meningkatkan input nitrogen ke sistem lebih dari 5 kali lipat, mengubah karakteristik tanah dan kolonisasi dan keseimbangan kompetitif di antara spesies tumbuhan asli (Vitousek et al 1987).. Namun pendekatan lain adalah untuk memeriksa pelapukan dan tingkat erosi di tempat-tempat tanpa biota (Mars atau awal Prakambrium tanah) atau dengan efek biotik minimal (misalnya, Antartika lembah kering;. Amundson et al 2007).

Hewan juga mempengaruhi sifat-sifat tanah. Cacing tanah, rayap, dan Shredders invertebrata, misalnya, merangsang dekomposisi. sehingga memodifikasi sifat tanah yang dipengaruhi oleh kandungan organik tanah. Grazers seperti natrium Utara konsentrat bison Amerika di kubangan mereka, yang menyebar lempung dan menciptakan air-holding panci. Grazers lain seperti badak Afrika menghasilkan middens kotoran besar yang berkonsentrasi nutrisi, sedangkan rayap membentuk termitaria besar yang memusatkan sumber daya tanah dan vertikal nutrisi mendistribusikan. Mikroorganisme juga mempengaruhi struktur dan sifat-sifat tanah melalui jenis senyawa organik yang mereka lepaskan ke lingkungan tanah.

 Kegiatan Manusia

Selama 50 tahun terakhir, kegiatan pertanian dan industri tiga kali lipat dari populasi manusia dan terkait sudah sangat mempengaruhi seluruh dunia tanah pembangunan. Kegiatan manusia secara langsung mempengaruhi tanah melalui perubahan masukan gizi, irigasi, perubahan lingkungan mikro tanah, erosi dan kehilangan tanah meningkat. Kegiatan manusia juga secara tidak langsung mempengaruhi tanah melalui perubahan pembalap lain, termasuk perubahan dalam komposisi atmosfer dan penambahan dan penghapusan spesies.

Kontrol atas Rugi Tanah

Pembentukan tanah tergantung pada keseimbangan antara deposisi, erosi, dan pengembangan tanah (yaitu, perubahan yang menjalani tanah di tempat). Ketebalan tanah bervariasi dengan posisi lereng bukit, dengan erosi mendominasi di lereng yang curam, pengendapan di dasar lembah, dan pengembangan tanah pada lereng lembut dan teras di mana lateral transportasi bahan minimal. Sebagian besar permukaan bumi adalah di daerah perbukitan atau pegunungan di mana erosi dan deposisi adalah proses penting. Erosi menghilangkan produk dari aktivitas pelapukan dan biologi. Di tanah muda, kerugian erosi mengurangi kesuburan tanah dengan menghapus tanah liat dan bahan organik yang menyimpan air dan nutrisi. Pada sangat lapuk lanskap, bagaimanapun, erosi memperbaharui kesuburan tanah dengan menghapus sisa-sisa yang sangat lapuk (pasir dan oksida besi) yang berkontribusi sedikit untuk kesuburan tanah dan mengekspos kurang lapuk bahan yang menyediakan sumber baru dari nutrisi penting (Porder et al. 2005).

Proses erosi yang dominan bergantung pada topografi, sifat bahan permukaan, dan jalur dimana air daun lanskap. Wasting massa adalah proses erosi utama di sebagian besar wilayah. Ini adalah gerakan downslope tanah atau material batuan di bawah pengaruh gravitasi tanpa bantuan langsung dari media lain seperti air, udara, atau es. Wasting massa mencakup baik skala proses seperti pergerakan partikel tanah individu (tanah merayap) dan peristiwa besar seperti tanah longsor atau aliran puing-puing yang cepat dapat mengangkut meter kubik hingga kilometer kubik material. Wasting massal terjadi paling cepat pada lereng curam, terlepas dari mekanisme yang mendasari. Setiap proses yang bergerak partikel tanah (misalnya, freeze-thaw peristiwa atau hewan menggali) memberikan kontribusi untuk bersih mereka menurun gerakan. Erosi yang disebabkan oleh merayap tanah adalah hasil agregat dari jutaan peristiwa kecil. Gophers, misalnya, sebagai akibat dari preferensi mereka untuk tanah yang dalam, liang lebih aktif dan meningkatkan erosi dari tanah yang dalam, mengurangi variabilitas ketebalan tanah di seluruh bentang (Yoo et al. 2005). Tanah longsor, di sisi lain, adalah peristiwa langka tapi besar. Kemungkinan longsor tergantung pada keseimbangan antara kekuatan pendorong gravitasi untuk turun lereng-gerakan dan gesekan yang melawan gerakan ini.

Banyak faktor yang mempengaruhi kekuatan massa tanah (yaitu, jumlah gaya yang dibutuhkan untuk mengatasi gesekan dan memulai kegagalan lereng, Selby 1993). Kadang-kadang gesekan geser antara material dan beberapa pesawat yang terdefinisi dengan baik (misalnya lapisan tanah beku) menentukan apakah tanah longsor terjadi. Lebih umum, bagaimanapun, itu adalah gesekan internal antar komponen individual dalam matriks tanah yang sangat menentukan ketahanan terhadap pemborosan massal. Kohesi antara partikel tanah dan molekul air meningkatkan gesekan internal yang menolak pemborosan massal. Sejumlah kecil air meningkatkan kohesi antar partikel, menjelaskan mengapa istana pasir lebih mudah untuk membuat dengan lembab dibandingkan dengan pasir kering. Kadar air yang tinggi, bagaimanapun, meningkatkan berat tanah, membuat butir tanah lebih ringan, dan mengurangi kekuatan gesekan. Tanah basah menjadi tidak stabil, menyebabkan pencairan massa tanah, yang dapat mengalir menuruni lereng. Fine-partikel tanah memiliki ambang batas lereng bawah ketidakstabilan dan lebih cenderung mengakibatkan kegagalan lereng daripada tanah bertekstur kasar. Akar juga meningkatkan ketahanan tanah terhadap pergerakan downslope, sehingga deforestasi dan perubahan penggunaan lahan yang mengurangi biomassa akar meningkatkan kemungkinan tanah longsor.

Jalur dimana air daun lanskap sangat mempengaruhi erosi. Air dapat meninggalkan lanskap melalui beberapa jalur: evaporasi dan transpirasi ke atmosfer, aliran air tanah, aliran bawah permukaan yang dangkal, dan aliran darat. Kepentingan relatif dari jalur tergantung pada topografi, vegetasi, dan sifat material seperti konduktivitas hidrolik tanah. Tanah dan aliran bawah permukaan yang dangkal larut dan menghilangkan ion dan partikel kecil. Pada ekstrim yang berlawanan, aliran darat menyebabkan erosi terutama oleh mencuci permukaan sheet, anak sungai, dan percikan hujan. Hal ini sering terjadi di tanah jarang vegetasi lanskap-mantled kering dan semi-kering dan di tanah terganggu. Laju aliran darat sebesar 0,15 sampai 3 cm s-1 cukup untuk menangguhkan partikel tanah liat dan lumpur dan memindahkan mereka menurun (Selby 1993). Seperti air mengumpulkan ke selokan, kecepatannya, dan karena itu potensi erosi, meningkat. Sebuah penggandaan kecepatan menyebabkan peningkatan 60 kali lipat dalam ukuran partikel yang dapat terkikis. Vegetasi dan lapisan sampah sangat meningkatkan infiltrasi ke dalam tanah dengan mengurangi kecepatan dengan mana hujan menghantam tanah, sehingga mencegah pemadatan permukaan oleh air hujan. Tanah bervegetasi juga kurang kompak karena akar dan hewan tanah membuat saluran dalam tanah. Dalam cara vegetasi dan lapisan serasah substansial meningkatkan infiltrasi dan karena itu air tanah dan aliran bawah permukaan.

Kecepatan angin yang tinggi di permukaan tanah adalah agen lain yang penting dari erosi. Hal ini sering terjadi setelah penghapusan vegetasi. Beberapa daerah pertanian di China telah kehilangan meter dari tanah untuk erosi angin dan telah menjadi sumber utama besi untuk fitoplankton di Samudera Pasifik.

Sungai dan sungai memainkan peran penting dalam redistribusi tanah di seluruh lanskap. Pada skala aliran sungai besar, tiga zona geomorfik luas dapat diidentifikasi (Naiman et al 2005.): Zona erosi, di mana erosi mendominasi pengendapan, zona transfer, di mana erosi dan deposisi dalam keseimbangan dinamis selama skala waktu yang lama, dan zona pengendapan, di mana laju deposisi melebihi tingkat erosi dan kapasitas sungai untuk mengangkut bahan-bahan tersuspensi. Kebanyakan sedimen disampaikan ke laut berasal dari zona erosi (Milliman dan Syvitski 1992). Di sini, lereng menjadi lebih curam sebagai aliran hulu turun-potong tempat tidur mereka, meningkatkan tegangan geser pada tanah yang berdekatan dan tingkat pemborosan massal. Sebagai bahan yang dikirim ke sungai dengan pemborosan massa dan erosi dasar sungai, mereka diangkut hilir pada tingkat yang tergantung pada kecepatan aliran dan ukuran butir sedimen, dengan partikel halus bergerak hilir lebih cepat dari kerikil dan batu-batu. Gletser, pertambangan, atau vegetasi penghapusan secara substansial menambah pengiriman sedimen di zona erosi.

Dalam zona perpindahan ada pengiriman kurang dari sedimen utama ke sungai atau sungai dan proses dominan penyortiran sedimen sesuai dengan ukuran butir dan transportasi hilir bahan sebagai hasil dari keseimbangan erosi dan deposisi. Ketika aliran meningkatkan energi, misalnya selama banjir, partikel semakin besar dimobilisasi, dan, sebagai penurunan energi sungai, partikel yang lebih besar disimpan terlebih dahulu. Ini menghasilkan tambal sulam heterogen bar kerikil, pasir bar, dan saluran samping lumpur penuh (Naiman et al. 2005). Aliran energi, dan karena ukuran partikel diangkut, lebih besar saat kejadian banjir, dalam gradien curam (misalnya, senapan), dan dalam saluran sempit yang mendalam. Zona Transfer yang menghubungkan zona erosi dan deposisi bisa berubah melalui waktu sebagai akibat dari : 

(1) gunung mengangkat atau laut perubahan tingkat, yang bersama-sama menentukan gradien vertikal di wilayah sungai, 

(2) debit, yang tergantung pada iklim yang berlaku dan air masukan atau kepindahan dari sungai, dan 

(3) input sedimen, yang dapat dipengaruhi oleh aktivitas manusia dan faktor-faktor lainnya. Dataran banjir terbentuk selama periode ketika deposisi mendominasi, dan sayatan saluran terjadi ketika erosi mendominasi.

Di zona pengendapan, sungai cenderung berliku-liku dan mengembangkan dataran banjir aluvial yang luas dan delta. Sungai di zona pengendapan cenderung menunjukkan debit puncak yang lebih besar (banjir) dari hulu karena akumulasi air dari aliran sungai besar menjadi satu saluran. Selama banjir ini, sungai meluap itu bank dan mengisi daerah dataran rendah. Banjir rekening untuk sebagian besar deposisi dalam zona sungai. Di Amazon, misalnya, sedimen diangkut lebih lateral ke dataran banjir daripada ke laut (Dunne et al. 1998). Lain halus skala dinamika yang terjadi dalam dataran banjir melibatkan erosi sedimen di tikungan luar meander, di mana kecepatan sungai terbesar, dan deposisi seperti pasir baru atau bar lumpur di sisi bagian dalam tikungan sungai. Dinamika ini menyebabkan sungai untuk bahan mendistribusikan dalam dataran banjir, menciptakan mosaik habitat yang berbeda baya berdiri.

Sedimen yang masuk laut disimpan di dekat mulut sungai, membentuk lumpur delta atau pasang surut atau didistribusikan oleh arus pantai. Garis pantai lunak (non-berbatu), termasuk pantai berpasir dan pulau-pulau penghalang dipelihara oleh keseimbangan dinamis antara pengiriman sedimen ke zona pesisir, redistribusi horisontal mereka dengan arus pesisir dan badai, dan ekspor (terutama dari luar negeri partikel halus). Pengerukan pelabuhan untuk menjaga saluran pengiriman dan "armoring" dari garis pantai untuk mencegah erosi di satu lokasi mengurangi input sedimen di tempat lain, seringkali dengan konsekuensi yang tidak diinginkan bencana. Mendistribusikan pengiriman sedimen dari Sungai Mississippi oleh lepas pantai aliran sungai routing, misalnya, memberikan kontribusi terhadap penurunan lahan basah dan hilangnya pulau-pulau penghalang yang lain akan membantu untuk melindungi New Orleans selama tahun 2005 Badai Katrina.

Erosi hasil lanskap dari tindakan gabungan dari angin, pemborosan air, es, dan massa. Rata-rata, erosi bahan terestrial ke laut adalah sekitar 1-10 mm abad ke-1 (Selby 1993). Namun, tingkat erosi bervariasi regional dengan 2 sampai 3 lipat, tergantung pada topografi, iklim, aktivitas manusia, dan kepekaan dari batuan dan tanah terhadap erosi. Tingkat erosi cenderung mendekati tingkat pengangkatan tektonik, sehingga daerah dengan pengangkatan tektonik aktif dan lereng curam umumnya memiliki tingkat erosi yang lebih tinggi daripada rata, lapuk medan. Iklim mempengaruhi erosi terutama melalui dampaknya pada tutupan vegetasi. Di daerah kering, semi-kering, dan kutub dengan vegetasi minimal, misalnya, permukaan mencuci dari dampak air hujan dan aliran darat selama hujan lebat menyebabkan erosi yang paling. Sebaliknya, ekosistem dengan tutupan vegetasi yang lebih besar kehilangan material terutama melalui pembubaran batu (pelapukan) untuk menghasilkan senyawa larut yang leach keluar dari sistem. Tutupan vegetasi yang rendah juga membuat tanah lebih rentan terhadap kehilangan tanah dari erosi angin. Kontribusi peristiwa langka besar seperti tanah longsor jangka panjang tingkat erosi yang kurang dikenal. Mereka mungkin lebih penting dalam mendistribusikan bahan dalam aliran sungai dibandingkan menyebabkan kerugian dari tanah ke laut. Misalnya, 90% dari bahan terkikis dari daerah Piedmont dataran tinggi di Amerika Serikat bagian tenggara sejak 1700 masih tersimpan di hillslopes, dasar lembah, dan waduk (Selby 1993). Pada skala global, aktivitas manusia telah meningkatkan erosi dan fluks sedimen di sungai sebesar 2,3 miliar metrik ton per tahun, namun telah mengurangi sedimen fluks ke laut sebesar 1,4 miliar metrik ton per tahun karena sedimen di waduk et menjebak (Syvitski al. 2.005 ). Pola-pola ini regional variabel, namun. Indonesia, misalnya, memiliki cukup perubahan penggunaan lahan dan transportasi sedimen waduk tapi sangat sedikit untuk mencegah sedimen dari mencapai laut. Sebagian besar erosi pada pemandangan alam mungkin terjadi selama hujan tinggi-kejadian atau setelah gangguan telah mengurangi tutupan vegetasi daripada selama kondisi rata-rata.

Pengembangan Profil Tanah

Tanah berkembang melalui penambahan bahan ke sistem, transformasi dari bahan-bahan dalam sistem, transfer bawah dan atas dalam profil tanah, dan kerugian material dari sistem (Richter dan Markewitz 2001).

Penambahan Tanah

Input langsung ke sistem tanah berasal dari luar dan dalam ekosistem. Masukan dari luar ekosistem berasal dari curah hujan dan angin, yang deposit ion dan partikel debu, dan banjir dan pertukaran pasang surut, yang deposit sedimen dan zat terlarut. Sumber bahan-bahan menentukan distribusi ukuran mereka dan kimia, yang mengarah ke pengembangan tanah dengan karakteristik tekstur dan kimia yang spesifik. Kadang-kadang input besar, misalnya, ratusan hingga ribuan g m-2 dari input debu loess-akumulasi wilayah Amerika Utara dan Asia selama Pleistosen (Sun et al. 2000, Bettis et al. 2003). Organisme dalam ekosistem menambahkan bahan organik dan nitrogen ke tanah sebagai bahan organik mati, termasuk bagian atas dan bawah-tanah tanaman, hewan, dan mikroba tanah.