Pertemuan ke 13:

PENGUKURAN KEANEKARAGAMAN SPECIES

Pokok Bahasan :1.Pengertian Keanekaragaman2.Metode Analisis Keanekaragaman Speciesa.Indeks Kekayaan jenis (Index of Species Richness)b.Indeks Keanekaragaman atau Heterogenitas (Index of heterogenity atau Index of Diversity), dan c.Indeks Keseragaman/Kemerataan (Index of Evennes).

1. PENGERTIAN KERAGAMAN HAYATI• Keanekaragaman hayati (ragam hayati):

adalah istilah payung (umbrella term) untuk derajat keanekaragaman sumberdaya alam hayati, meliputi jumlah maupun frekuensi dari ekosistem, spesies maupun gen di suatu daerah (Haryanto, 1995).

• Keanekaragaman hayati: Definisi dari Wilcox (1984)adalah berbagai macam bentuk kehidupan, peranan ekologi yang dimilikinya dan keanekaragaman plasma nutfah yang terkandung didalamnya, (MacKinnon dkk.,1986) . Definisi dari WWF (1989): adalah kekayaan hidup di bumi, jutaan tumbuhan, hewan dan mikroorganisme, genetika yang dikandungnya, dan ekosistem yang dibangunnya, (Primack, dkk. 1998) .

• Tiga tingkatan pengertian ragam hayati, (McNeely, 1988)

yaitu : 1. keanekaragaman genetik2. keanekaragaman spesies 3. keanekaragaman ekosistem

• Ragam hayati meliputi seluruh spesies tumbuhan, binatang, organisme mikro dan gen-gen yang terkandung di dalamnya serta seluruh ekosistem di muka bumi (McNeely, dkk 1988 dalam Haryanto, 1995).

• Sampai saat ini konsep dan ide pengukuran biodiversitas masih diperdebatkan oleh ahli ekologi

• Konsep pengukuran keragaman dibagi 3 kategori:1.Indeks Kekayaan jenis (Index of Species

Richness)2.Indeks Keanekaragaman atau Heterogenitas

(Index of heterogenity atau Index of Diversity), dan 3.Indeks Keseragaman/Kemerataan (Index of

Evennes).

2. METODE PENGUKURAN KERAGAMAN

A. INDEKS KEKAYAAN JENIS (Index of Species Richness)

• Konsep ini pertama kali dicetuskan oleh Mcinthos pada tahun 1967.

• Kekayaan jenis adalah jumlah jenis (spesies) dalam suatu komunitas.

• Persoalan mendasar yang merupakan kendala penting dalam penerapan konsep “kekayaan jenis” adalah bahwasanya seringkali tidak mungkin untuk menghitung semua jenis yang hidup dan tinggal dalam suatu komunitas alamiah. Oleh karena itu perlu dilakukan pendugaan.

Ukuran keanekaragaman berdasarkan konsep kekayaan jenisJumlah jenis seringkali meningkat sejalan dg peningkata luas petak

Jumlah jenis yang teramati

Jumlah Unit Contoh

Beberapa Pendekatan:• Pada prakteknya ternyata tidak mudah untuk menjamin

keseragaman ukuran unit contoh. Sehubungan dengan ini, Sanders (1968) mengusulkan alterenatif pemecahan masalah dengan menggunakan metoda “rarefaction”. Melalui metoda ini dapat dihitung nilai harapan jumlah jenis dalam setiap unit contoh yang berukuran sama (misalkan 100 individu). Adapun perhitungannya didasarkan pada rumus Sanders yang telah disempurnakan oleh Hurlbert (1971) sebagaimana disajikan berikut ini:

Luas Petak (m2) No Nama Jenis

10x10 20x20 30x30 40x40 50x50 1 2 3 4 5 6 7 1. Maesopsis eminii 1 5 7 16 30 2. Paraserianthes falcataria 1 1 1 1 1 3. Pinus merkusii 0 0 0 3 5 4. Altingia excelsa 0 0 7 10 14 5. Calophyllum caulatris 0 0 1 2 2 6. Vitex pubescens 0 3 5 5 6 7. Cananga odorata 0 0 0 1 1 8. Arthocarpus heterophyllus 0 0 0 0 1 9. Langenstromeia speciosa 0 0 0 0 2 10 Pometia pinnata 0 0 0 0 1 11. Alstonia pneumatophora 0 0 0 0 1 12. Strombosia rotunclifolia 0 0 0 1 1 13. Shorea sp 1 3 5 6 9 14. Hevea braciliensis 0 0 0 0 9 15. Schima walichii 0 0 0 1 3 16. Khaya antoteca 0 0 0 2 5 17. Gmelina arboteal 0 0 0 0 1 18. Hopea odorata 0 2 2 2 4 19. Hopea mangarawan 0 0 0 0 2 20. Opuna papuana 0 0 0 0 4 21. Kecapi 0 0 0 1 1 22. Lucuma spp. 0 0 0 0 2 23. Eusideroxylon zwageri 0 0 0 0 1 24. Persea americana 0 0 0 0 1 25. Heriteria littoralis 0 0 0 1 1 26. Kepuh 0 0 2 2 2 27. A 0 1 1 1 1 28. B 0 0 1 1 1 29. C 0 0 1 2 2 30. D 0 0 2 3 3 31. E 0 0 1 2 2 32. F 0 0 1 1 1 33. G 0 0 0 2 3 34. H 0 0 0 1 1 35. I 0 0 0 1 1 36. J 0 0 0 1 1` 37. K 0 0 0 1 2 38. L 0 0 0 0 1 39. M 0 0 0 0 1 40. N 0 0 0 0 2 41. O 0 0 0 0 4

Jumlah Individu 3 15 37 70 136 Jumlah Jenis 3 6 14 26 41

• dimana: E(Sn) = nilai harapan jumlah jenis• n = ukuran standar unit contoh (jml individu terkecil)• N = jumlah total individu yang teramati• Ni = jumlah individu jenis ke-I

1. Indeks Hurlbert (1971)

niS

in

nN

NNSE 1

1

Sedangkan nilai keragaman dari E(Sn) tersebut dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut (Heck et al.,

1975) :

N

NN

n

nS

iNn

iN

SVar 11

1

N

NN

n

nn

nji

S

i

S

i

jNiN

NNN1

1

1

2

Istilah adalah “kombinasi” yang dihitung sebagai berikut :

x! adalah faktorial. Sebagai contoh 5! = 5 x 4 x 3 x 2 x 1 = 120

!!

!

yxy

xx

y

x

y

Langkah pertama adalah mengambil kelimpahanmasing-masing jenis dari setiap ukuran plot dan memasukkan ke

dalam persamaan :

N

nniNN1

Luas Petak N n E(Sn) 10 x 10 3 3 3,999 20 x 20 15 3 2,539 30 x 30 37 3 2,719 40 x 40 70 3 2,760 50 x 50 136 3 2,791

No Ni E(Sn) 1 1 1,333 2 1 1,333 3 1 1,333

Jml 3 3,999

Plot 20m x 20m No Ni E(Sn) 1 5 0,736 2 1 0,200 3 3 0,516 4. 3 0,516 5. 2 0,371 6. 1 0,200

Jml 15 2,539

N = 3 n = 3 E(S1) = 1-[(2!/3!.-1!)/(3!/3!.0!)] = 1,333

N = 15 n = 3 E(S1) = 1- [(14!/3!.11!)/(15!/3!.12!)] = 0,200 E(S2) = 1- [(13!/3!.10!)/(15!/3!.12!)] = 0,371 E(S3) = 1- [(12!/3!.9!)/(15!/3!.12!)] = 0,516 E(S5) = 1- [(10!/3!.7!)/(15!/3!.12!)] = 0,736

2. Indeks Divertas Margalef (Clifford & Stephenson, 1975) :

• Dmg = Indeks Margalef

• S = jumlah jenis yang teramati• N = jumlah total individu yang teramati• Ln = logaritma natural

LnN

SDmg

1

Jadi Hasil Perhitungan untuk Masing-masing Plot, yaitu sebagai berikut :

10 x 10 = 3

2

Ln = 1,820

20 x 20 = 15

5

Ln = 1,846

30 x 30 = 37

13

Ln = 3,600

40 x 40 = 70

25

Ln = 5,844

50 x 50 = 136

40

Ln = 8,142

Luas Petak N S S-1 Ln N Dmg 10 x 10 3 3 2 1,099 1,820 20 x 20 15 6 5 2,708 1,846 30 x 30 37 14 13 3,611 3,600 40 x 40 70 26 25 4,248 5,844 50 x 50 136 41 40 4,913 8,142

3. Indeks Menhinick Indeks lain yang hampir serupa dengan konsep Margalef adalah

indeks diversitas Menhinick yang mempunyai rumus sebagai berikut :

dimana : • S adalah jumlah jenis dan • N adalah jumlah total individu seluruh jenis yang

teramati.

N

SDMn

Jadi Hasil Perhitungan untuk Masing-masing Plot, yaitu sebagai berikut :

10 x 10 = 3

3 = 1,732

20 x 20 = 15

6 = 1,549

30 x 30 = 37

14 = 2,302

40 x 40 = 70

26 = 3,108

50 x 50 = 136

41 = 3,516

Luas Petak N S √N Dmn 10 x 10 3 3 1,732 1,732 20 x 20 15 6 3,873 1,549 30 x 30 37 14 6,083 2,302 40 x 40 70 26 8,367 3,108 50 x 50 136 41 11,662 3,516

4. Indeks Jackknife :

• S = indeks kekayaan jenis Jackknife• s = total jumlah jenis yang teramati• n = banyaknya unit contoh• k = jumlah jenis yang unik (jenis yang hanya ditemukan pada

hanya salah satu unit contoh)

kn

nsS

1

adapun keragaman dari nilai dugaan (S) tersebut dihitung dengan formula berikut:

dimana :Var(S) = keragaman dugaan jackknife untuk kekayaan jenisfj = jumlah unit contoh dimana ditemukan j jenis unik

(j=1,2,3,..,s)K = jumlah spesies unikN = jumlah total unit contoh

n

kfjj

n

nS

221

)var(

penduga selang bagi indeks kekayaan jenis jackknife adalah sebagai berikut :

• dimana diperoleh dari tabel t-student dengan nilai derajat bebas = n-1

)(var StS

• Berdasarkan data tersebut di atas, terdapat 15 jenis pohon yang hanya dijumpai dalam satu unit contoh dari 5 (lima) unit contoh yang dibuat. Jenis-jenis ini disebut sebagai jenis unik (unique species). Oleh karena itu, indeks kekayaan jenis Jackknife untuk kelima belas jenis tersebut adalah

• n (banyaknya unit contoh) = 5• s (total jumlah jenis) = 41• k (jumlah jenis yang unik) = 15

S = s + {n

n )1( }(k)

= 41 + {5

)15( } (15)

= 53 jenis

Dengan demikian, keragaman dari nilai dugaan (S) tersebut adalah:

Var (S) =

n

n 1

n

kfj j

22

=

5

15

5

15115

22

=

5

4 180

= 144

Std (S) = )(SVar

= 144 = 12

Untuk ukuran contoh yang kecil, maka nilai tα/2 pada tingkat kepercayaan 5 % dengan derajat bebas n-1 adalah 2.776, sehingga dugaan indeks kekayaan jenis Jackknife pada

tingkat kepercayaan 5 % adalah :

≈ S ± tα/2 . )(SVar

≈ 53 ± (2,776).( 144 ) ≈ 53 ± 33,31 atau 19,69 sampai dengan 86,31 dibulatkan menjadi 20 sampai dengan 87 jenis

Ketelitian dari data ini = S

S)var(x 100 %

= 53

144 x 100 %

= 22,64 %

• Istilah heterogenitas pertama kali dikemukakan oleh GOOD (1953). Berbeda dari konsep “kekayaan jenis”, ukuran keanekaragaman ini ditetapkan hanya berdasarkan struktur kerapatan atau kelimpahan individu dari setiap jenis yang teramati. Oleh karena itu, Magurran (1988) memberikan istilah lain terhadap konsep ini, yaitu dengan sebutan “spesies abundance” atau “kelimpahan jenis”.

• Untuk memperjelas konsep “kelimpahan jenis” ini sebagai salah satu ukuran keanekaragaman, tampak pada gambar berikut ini.

• Pada Gambar terdapat 3 (tiga) komunitas dengan derajat keanekaragaman yang berbeda. Berdasarkan ukuran kelimpahan ini, komunitas A lebih beragam dari komunitas B (walaupun mempunyai jumlah jenis yang sama). Demikian pula halnya dengan komunitas C yang mempunyai keanekaragaman lebih tinggi bila dibandingkan dengan komunitas B.

B. INDEKS HETEROGENITAS/KEANEKARAGAMAN

(Index of Heterogeneity / Index of Diversity)

KOMUNITAS A

KOMUNITAS B

KOMUNITAS C

1. Indeks Simpson

Indeks Keragaman Simpson digunakan untuk mengetahui kompleksitas suatu komunitas yang populasnya tak terhingga.

Indeks ini berkisar antara 0 – 1. Semakin mendekati angka 1 maka komunitas semakin kompleks dan mantap.

Indeks diversitas Simpson dihitung dengan rumus :

Dimana:1 – D = indeks diversitas Simpson pi = ni/N = proporsi jumlah individu jenis ke-Ini = jumlah individu species ke IN = jumlah total individu seluruh species

211 ipD

2. Indeks PielouSedangkan untuk populasi terhingga, rumus yang harus digunakan

adalah Indeks Pielou sebagai berikut (Pielou, 1969):

Dimana:1-D= Indeks Pielouni = jumlah individu dari jenis ke-IN = jumlah total individu dalam unit contohS = jumlah jenis dalam unit contoh

1

111

1 NN

nnD ii

S

i

3. Indeks Shannon-WienerKonsep ini merupakan konsep keanekaragaman yang relatif paling dikenal

dan paling banyak digunakan (Magurran, 1988). Indeks Shannon dihitung dengan formula berikut :

Dimana: Pi = ∑ni/NH : Indeks Keragaman Shannon-WienerPi : Jumlah individu suatu spesies/jumlah total seluruh spesiesni : Jumlah individu spesies ke-iN : Jumlah total individu

pipiHS

i 1

ln'

Catatan : • Seringkali peneliti menggunakan formula Shannon-

Wiener menggunakan Lon atau Log2, atau Log 10.• Perbedaannya adalah

– jika log2, maka H’ dinyatakan dalam bits/ind ; – jika log e/ln, maka H’ dalam nits/ind dan – jika digunakan log 10, maka H’ dinyatakan dalam decits/ind).

• Kisaran nilai hasil perhitungan indeks keragam (H) menunjukkan bahwa jika:H>3 : Keragaman spesies tinggi1<H<3 : Keragaman spesies sedangH<1 : Keragaman spesies rendah

• Indeks keanekaragaman Shannon-Wiener (H’) disamping dapat menggambarkan keanekaragaman species, juga dapat menggambarkan produktivitas ekosistem, tekanan pada ekosistem, dan kestabilan ekosistem.

• Semakin tinggi nilai indeks H’ maka semakin tinggi pula keanekaragaman species, produktivitas ekosistem, tekanan pada ekosistem, dan kestabilan ekosistem

Nilai tolok ukur indeks keanekaragaman H’:

•H’ < 1,0 :• Keanekaragaman rendah, • Miskin (produktivitas sangat rendah) sebagai

indikasi adanya tekanan ekologis yang berat ,dan

• ekosistem tidak stabil

•1,0 < H’ < 3,322 :• Keanekaragaman sedang, • produktivitas cukup, • kondisi ekosistem cukup seimbang, • tekanan ekologis sedang.

•H’ > 3,322 :• Keanekaragaman tinggi, • stabilitas ekosistem mantap, • produktivitas tinggi,

4. Indeks Brillouin

Dibandingkan dengan indeks Shannon-Wiener, indeks ini relative lebih sederhana. Variabel yang diukur di lapangan hanya banyaknya individu

dari setiap jenis yang dijumpai pada unit contoh. Formula yang digunakan untuk menghitung indeks Brillouin adalah:

dimana :N = jumlah total individu dalam unit contohn1 = jumlah individu untuk jenis ke-1n2 = jumlah individu untuk jenis ke-2

!...!!

!log

1

321 nnn

N

NH

C. INDEKS KESERAGAMAN / KEMERATAAN (Index of Evenness)

• Konsep ini menunjukkan derajat kemerataan kelimpahan individu antara setiap spesies.

• Ukuran kemerataan yang pertama kali dikemukakan oleh Lioyd dan Gheraldi (1964) ini juga dapat digunakan sebagai indicator adanya gejala dominasi diantara setiap jenis dalam suatu komunitas.

• Apabila setiap jenis memiliki jumlah individu yang sama, maka komunitas tersebut mempunyai nilai “EVENNESS” maksimum.

• Sebaliknya, bila nilai kemerataan ini kecil, maka dalam komunitas tersebut terdapat jenis dominant, sub-dominan dan jenis yang terdominasi, maka komunitas tsb memiliki “EVENNES” minimum

JENIS

JENIS

Kelimpahan relatif

Komunitas A

Komunitas B

•Eveness B > A

•Kelimpahan individu setiap jenis di B relatif homogen

Ada dua rumus yang relative lebih banyak digunakan untuk menghitung nilai “evenness”, yakni (dicetuskan oleh Hurlbert,

1971) :

dimana :Evenness= nilai kemerataan (antara 0 – 1)D = nilai indeks diversity hasil pengamatanD max = nilai maksimum indeks diversitasD min = nilai minimum indeks diversitas

maxD

DEvenness

minmax

min

DD

DDEvenness

Apabila digunakan rumus dari Shannon-Wiener, nilai indeks diversitas maksimum dan minimum dapat diperoleh melalui

rumus :

dimana :H’max = maksimum nilai kemungkinan dari fungsi ShannonH’min = nilai kemungkinan terendah fungsi ShannonN = Jumlah total individu dalam unit pengamatanS = Jumlah jenis dalam unit pengamatan

SSSH

1log

1' 2max

S2log

1log1

'min

SNN

SNLogNH

Selanjutnya, nilai evenness lebih sering dihitung dengan menggunakan rumus berikut :

dimana :J’ = nilai evenness (antara 0 – 1)H’ = indeks diversitas Shannon-WienerDmax = nilai maksimum indeks diversitas

max

''

D

HJ

Cara perhitungan lain yang bisa digunakan untuk menghitung nilai kemerataan/keseragaman Evenness adalah rumus yang diusulkan oleh

Buzas & Gibson (1969) dengan formula sebagai berikut :

dimana :Ni = eH’ (jumlah jenis dengan kelimpahan sama)

S = jumlah individu dalam unit contoh

S

NEvenness i