Ilmu lingkungan adalah bidang akademik multidisipliner yang mengintegrasikan ilmu fisika, biologi, kimia, ekologi, ilmu tanah, geologi, sains atmosfer dan geografi untuk mempelajari lingkungan, dan solusi dari permasalahan lingkungan (1). Ilmu lingkungan menyediakan pendekatan interdisipliner yang terintegrasi dan kuantitatif untuk mempelajari sistem lingkungan. Untuk memahami ilmu lingkungan, kita perlu mempelajari prinsip-prinsip atau asas ilmu lingkungan.
Berikut ini dijelaskan 14 asas dasar yang menjadi prinsip-prinsip dasar ilmu lingkungan.
Prinsip 1: Konservasi energi
Prinsip pertama adalah:
1. Semua energi yang memasuki sebuah organisme (hidup), populasi atau ekosistem dapat dianggap sebagai energi yang tersimpan atau terlepaskan. Energi dapat diubah dari stu bentuk ke bentuk yang lain, tetapi tidak dapat hilang, dihancurkan atau diciptakan.
Sering juga disebut hukunm Konservasi Energi, Prinsip pertama ini serupa dengan hukum termodinamika 1.
Setiap energi yang keluar masuk individu, populasi dan ekosistem disebut energi yang tersimpan atau yang terlepas, sehingga kehidupan juga dapat dianggap sebagai pengubah energi.
Contoh:
Sebuah sistem rantai makanan pada sebuah ekosistem, pada mulanya energi dari matahari akan diterima oleh tumbuhan dan diubah menjadi energi kimawi melalui proses fotosintesis.
Selanjutnya daun tumbuhan itu dimakan oleh organisme, missal kijang. Kijang mengubahnya menjadi energi kimia yang disimpan ditubuhnya, energi untuk beraktifitas, dan ada sebagian kecil berubah menjadi energi panas.
Kijang dimakan singa, singa mengubah energi dari kijang menjadi energi intuk beraktivitas dan sebagian kecil juga diubah menjadi energi panas. Dapat dilihat, energi dari matahari tidak hilang, hanya berubah bentuk energi saja.
Prinsip 2: pengubahan energi
Prinsip kedua adalah:
2. Tak ada sistem pengubahan energi yang betul-betul cermat.
Prinsip kedua ini seperti Hukum Termodinamika 2
Menjelaskan bahwa setiap perubahan energi yang terjadi tidak akan terjadi tepat 100 %, melainkan akan selalu ada energi yang kurang bermanfaat, meskipun enrgi tidak akan pernah hilang.
Ada kecenderungan bahwa energi di bumi hampir semua akan berubah menjadi energi panas tanpa balik, dari pemuaian ke angkasa lepas.
Contoh :
Perubahan energi dari makanan menjadi energi untuk beraktivitas oleh organisme, missal harimau, akan ada energi yang diubah menjadi energi panas yang keluar dari tubuh yang kurang bermanfaat.
Prinsip 3: kategori sumberdaya
Prinsip ketiga adalah:
3. Materi, energi, ruang, waktu dan keanekaragaman adalah kategori sumber alam.
Pengaruh ruang beranalogi dengan materi dan energi sebagai sumber alam.
Ruang memisahkan suatu populasi dari bahan makanannya, sehingga akan menentukan perkembangan populasi organisme itu.
Contoh :
Perkembangan populasi ular pemakan tikus di sebuah daerah yang banyak tikus akan lebih cepat daripada di daerah dengan populasi tikus sedikit, ruang pemisah antara ular dan tikus akan berpengaruh terhadap ketersediaan energi untuk ular dan berpengaruh terhadap kelangsungan populasinya.
Waktu adalah sebuah faktor yang sangat penting dalam sumber alam. Waktu selalu berkaitan dengan sumber alam lain.
Contoh :
Suatu ekosistem yang telah ada dalam waktu cukup lama, missal suatu ekosistem di gunung, akan mempunyai keanekaragaman populasi yang lebih daripada suatu ekosistem yang belum lama terbentuk setelah mengalami suksesi.
Keanekaragaman juga merupakan sumber alam yang sangat berpengaruh.
Keanekaragaman terutama mempengaruhi tingkat ketahanan sebuah ekosistem, baik itu berupa keanekaragaman jenis makanan suatu populasi, keanekaragaman jenis populasi dalam ekosistem, dan lain-lain.
Contoh:
Ketika pada suatu ekosistem terjadi suatu hal yang memusnahkan populasi tikus, ular yang hanya memakan tikus saja akan ikut hilang, tetapi ular yang mempunyai makanan beraneka ragam tidak akan banyak terganggu, karena akan memakan makanan lain.
Prinsip 4: prinsip penjenuhan
4. Untuk semua kategori sumber alam, kalau pengadaan sumber itu sudah cukup tinggi, pengaruh unit kenaikannya sering menurun dengan penambahan sumber alam itu sampai ke suatu tingkat maksimum. Melampaui batas maksimum ini, tak kan ada pengaruh yang menguntungkan lagi. Untuk semua kategori sumber alam (kecuali keanekaragaman dan waktu) kenaikan pengadaan sumber alam yang melampaui batas maksimum, bahkan akan mempunyai pengaruh yang merusak karena kesan peracunan. Ini adalah prinsip penjenuhan. Untuk banyak fenomena sering berlaku kemungkinan penghancuran yang disebabkan oleh pengadaan sumber alam yang sudah mendekati batas maksimum.
Ada suatu nilai untuk setiap sumber alam agar keberadaannya membawa manfaat yang optimal.
Titik ini menjadi batas maksimum sekaligus batas minimum. Jika terjadi penambahan atau bahkan pengurangan akan terjadi berkurangnya daya kegiatan.
Naik turunnya suatu sumber alam pada sebuah ekosistem akan berpengaruh pada naik turunnya individu dalam populasi. Sehingga ketika dalam kondisi yang optimum, yang terjadi terhadap jumlah individu tersebut adalah naik-turun, tidak turun saja atau naik saja.
Contoh:
Dalam sebuah populasi harimau, terjadi pengurangan energi, missal terjadi penurunan populasi kijang sebagai bahan makanannya, hal ini akan berpengaruh juga terhadap populasi harimau yang akan ikut menurun.
Sebaliknya, bila populasi kijang naik, akan terjadi kondisi yang baik pada populasi harimau dan akan terjadi peningkatan jumlah yang pesat, hingga pada suatu saat, akan terjadi pengurangan populasi yang terjadi karena populasi kijang tidak cukup lagi untuk harimau.
Prinsip 5: 2 jenis sumberdaya
Prinsip kelima berbunyi:
5. Ada 2 jenis sumberdaya alam, yaitu sumberdaya alam yang pengadaanya dapat merangsang penggunaan seterusnya dan ada pula sumberdaya alam yang tak mempunyai daya rangsang penggunaan lebih lanjut.
Di alam, ada kondisi dimana ketika sumber alam tertentu semisal bertambah, maka akan diikuti dengan pertambahan oleh penggunaannya, hal ini disebut sumber alam tersebut merangsang penggunaan seterusnya.
Kejadian sebaliknya dikatakan bahwa sumber alam tersebut tidak merangsang penggunaannya.
Contoh:
Ada populasi singa, makanannya adalah kijang, baboon, dan kancil. Ketika ada populasi kijang sebagai sumber energi singa naik. Maka konsumsi singa terhadap kijang akan meningkat. Ini adalah contoh bahwa pengadaan sumber alam merangsang penggunaannya.
Prinsip 6: persaingan individu dan spesies
Prinsip keenam berbunyi:
6. Individu dan spesies yang mempunyai lebih banyak keturunan daripada saingannya, cenderung berhasil mengalahkan saingannya itu.
Spesies yang mempunyai kemampuan adaptasi yang lebih tinggi akan lebih banyak keturunan daripada spesies yang kurang adaptif.
Jika kedua spesies yang melakukan persaingan mempunyai tingkat keturunan yang berbeda, maka, spesies yang mempunyai tingkat keturunan yang lebih tinggi akan berhasil mengalahkan spesies saingannya.
Ketika terjadi perubahan kondisi lingkungan, bukan tidak mungkin akan terjadi perubahan jumlah populasi, spesies yang bertambah adalah spesies yang lebih adaptif terhadap kondisi yang baru.
Contoh
Dalam sebuah ekosistem hutan, tumbuh-tumbuhan dengan tingkat yang lebih tinggi seperti tumbuhan semak, akan memiliki populasi yang lebih tinggi daripada tumbuhan rumput.
Namun ketika terjadi perubahan lingkungan, missal karena kebakaran hutan, maka setelah itu, populasi rumput akan lebih tinggi, karena memiliki tingkat adaptasi yang lebih tinggi.
Prinsip 7: kemantapan keanekaragaman
Prinsip ketujuh berbunyi:
7. Kemantapan keanekaragaman suatu komunitas lebih tinggi di alam lingkungan yang mudah diramal.
Pada sebuah daerah yang mempunyai kondisi yang cenderung sama dalam suatu waktu,atau pada daerah tersebut terdapat sebuah siklus perubahan faktor lingkungan yang mempunyai pola yang teratur, kemantapan keanekaragaman suatu komunitas akan lebih tinggi.
Hal ini dikarenakan dengan kondisi yang relatif mudah diramalkan tersebut proses untuk hidup relative lebih mudah.
Pada derah tersebut, akan banyak dijumpai keanekaragaman dengan jenis spesies yang banyak, yang melakukan evolusi hingga tingkat optimum terhadap keadaan lingkungan.Sebaliknya, pada daerah yang cenderung tidak stabil,spesiesnya hanya sedikit dan kepadatannya umumnya serupa.
Contoh:
Pada sebuah sungai yang besar dan mengalir sepanjang tahun dengan suhu yang tidak fluktuatif dan telah ada dalam kurun waktu yang cukup lama, terdapat keanekaragaman spesies dan komunitas yang lebih mantap dan stabil daripada di sebuah sungai yang kecil dan hanya berair pada musim penghujan saja.
Prinsip 8: habitat
Prinsip ke-delapan berbunyi:
8. Bahwa sebuah habitat (lingkungan hidup) itu dapat jenuh atau tidak oleh keanekaragaman takson. Hal itu bergantung kepada bagaimana niche dalam lingkungan hidup itu dapat memisahkan takson lingkungan tersebut.
Tiap spesies memiliki memiliki keperluan dan fungsi masing-masing di alam
Suatu makhluk hidup yang mempunyai keperluan yang berbeda dan fungsi yang berbeda di alam, maka kecenderungan akan terjadi adanya hidup berdampingan tanpa persaingan.
Contoh:
Contohnya adalah Singa yang memakan daging yang hidup berdampingan dengan harimau yang memakan daging juga.
Prinsip 9: keanekaragaman komunitas
Prinsip ke-sembilan berbunyi:
9. Keanekaragaman komunitas apa saja sebanding dengan biomassa dibagi produktivitasnya.
Dalam sebuah sistem biologi, ada sebuah hubungan antara biomassa, aliran energi, dan keanekaragaman.
Bila sebuah system menyimpan biomassa dan mengandung aliran energi yang berasosiasi sebanding dengan aliran materinya, dan materi itu bebas tukar-menukar dengan materi yang disimpan, maka jumlah waktu rata-rata dapat dinyatakan dengan hasil kali sebuah koifisien tetapan dengan hasil bagi antara biomassa dengan produktivitas energi.
Karena keanekaragaman sebanding dengan waktu, maka ketika keanekaragaman dalam sebuah komunitas meningkat, maka kecermatan penggunaan energi akan meningkat.
Contoh :
Komunitas yang memiliki keanekaragaman spesies antara lain, tumbuhan, belalang, burung pipit, ular, elang, kijang, singa dan harimau, aliran bomassa dan aliran energi yang terjadi pada komunitas tersebut akan lebih cermat, dimana hanya akan ada sedikit sekali energi yang terbuang dan kurang bermanfaat, dibandingkan dengan komunitas yang memiliki keanekaragaman yang sedikit.
Prinsip 10: biomasa dan produktifitas
Prinsip ke-sepuluh berbunyi:
10. Perbandingan (rasio) antara biomassa dengan produktivitas (B/P) naik dalam perjalanan waktu pada lingkungan yang stabil, hingga mencapai sebuah asimtot.
Jika dalam sebuah lingkungan yang stabil keanekaragaman meningkat seiring dengan waktu, maka perbandingan antara biomassa dengan produktivitas juga akan meningkat.
Prinsip ini menjelaskan bahwa sistem biologi berevolusi ke arah pencermatan penggunaan energi, yang memungkinkan berkembangnya keanekaragaman.
Menunjukkan adanya maksimal efisiensi penggunaan energi dan minimasi pemborosan energi dalam perjalanan evolusi hidup.
Contoh:
Hewan berdarah panas di daerah iklim dingin akan mempunyai ukuran tubuh yang lebih besar, misal serigala di kutub akan mempunyai tubuh yang lebih besar dan bulu yang lebih tebal. Sehingga rasio dengan berat tubuh akan lebih rendah, hal ini dilakukan untuk efisiensi energi.
Prinsip 11: kemantapan sistem
Prinsip ke-sebelas berbunyi:
11. Sistem yang sudah mantap (dewasa) mengeksploitasi sistem yang belum mantap/ belum dewasa.
Sistem (ekosistem, populasi, tingkat makanan) yang lebih dewasa memindahkan energi biomasa dan keanekaragaman tingkat organisasi di dekatnya yang belum dewasa, artinya, energi, materi dan keanekaragaman mengalir kea rah organisme yang lebih kompleks.
Prinsip ini menjelaskan bahwa satu cara untuk meningkatkan kecermatan penggunaan energi adalah eksploitasi sistem lain yang menghabiskan energinya untuk mengumpulkan materi dan energi yang dibutuhkan.
Contoh
Kota sebagai suatu lingkungan adalah sistem yang lebih dewasa daripada desa. Akan terjadi eksploitasi yang dilakukan desa meliputi dalam hal ketenagakerjaan, ekonomi, sosial dan politik.
Begitu seterusnya, kota yang lebih besar akan mengeksploitasi kota yang lebih kecil.
Prinsip 12: adaptasi
Prinsip ke-dua belas berbunyi:
12. Kesempurnaan adaptasi suatu sifat atau tabiat bergantung kepada kepentingan relatifnya dalam keadaan suatu lingkungan
Di lingkungan yang stabil, keanekaragaman terus-menerus meningkat, sementara seleksi berlaku, diharapakan terjadi perbaikan yang terus menerus dalam sifat adaptasinya.
Dalam suatu ekosistem yang mantap dalam habitat yang stabil, sifat responsif terhadap fluktuasi yang tak terduga tidak diperlukan. Yang berkembang justru adaptasi peka dari perilaku dan biokimia lingkungan sosial dan biologi dalam habitat itu.
Prinsip ini menjelaskan bahwa tidak ada strategi evolusi yang terbaik dan mandiri dimuka bumi ini. Keadaaan lingkungan fisik sangat berpengaruh.
Suatu perubahan drastis terjadi, sistem yang lebih dewasa akan lebih terancam bahaya.
Contoh:
Pada ekosistem yang berada dilingkungan gunung api, ketika terjadi erupsigunung api, suatu habitat yang semula mantap akan hancur karena suatu perubahan kecil maupun besar Namun sebaliknya suksesi primer yang merintis daerah tersebut setelah erupsi memerlukan adaptasi yang tinggi terhadap lingkunganya.
Prinsip 13: keanekaragaman biologi
Prinsip ke-tiga belas berbunyi:
13. Lingkungan yang secara fisik stabil memungkinkan berlakunya penimbunan keanekaragaman biologi dalam ekosistem yang mantap (dewasa) , yang kemudian dapat menggalakkan kestabilan kepada populasi.
Asas nomor 13 ini adalah kelanjutan dari asas 7, 9,12,
Asas 7 : Kekompleksan organisasi akan meningkat pada lingkungan yang mantap. Semakin beragam organisme dalam jaring-jaring makanan, energi yang terbuang akan lebih sedikit.Kemantapan lingkungan fisik diikuti oleh kemantapan populasi dalam ekosistem.
Asas 9 : Kemantapan meningkatkan efisiensi energi.
Contoh : rantai makanan yang mempunyai populasi yang lebih beranekaragam akan membuang lebih sedikit energi.
Asas 13 : adaptasi yang peka dan kompleks, dan sistem kontrol akan berevolusi sebagai tanggapan terhadap lingkungan biologi dan sosial daripada komunitas yang mantap.
Prinsip 14: keteraturan populasi
Prinsip ke-empat belas berbunyi:
14. Derajat pola keteraturan naik turun populasi bergantung kepada jumlah keturunan dalam sejarah populasi sebelumnya yang nanti akan mempengaruhi populasi itu.
Keanekaragaman yang rendah pada rantai makanan dalam ekosistem yang belum mantap, menimbulkan derajat ketidakstabilan populasi yang tinggi.
Fluktuansi tinggi akan terjadi di sebuah populasi jika jumlah spesies yang kecil berinteraksi dengan spesies lain, sebagai contoh, pada konsep jaring-jaring makanan.
Pada konsep rantai makanan, ada produsen, konsumen I, konsumen II dan konsumen III. Ketika populasi konsumen I meningkat karena suatu hal, maka populasi produsen akan turun, populasi konsumen II dan III juga naik.
Pada waktu berikutnya,produsen yang berpopulasi rendah akan diikuti menurunnya populasi konsumen I, II dan III.
