[자연생태복원기사 정리] 생태계, 개체군과 군집

1. 생태계의 구조와 기능

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(1) 생태계의 개념 및 특성

• 생태계: 일정 지역에서 생물 공동체와 이들의 생명 유지에 필요한 무기적 환경이 상호 의존하며 균형과 조화를 이루는 자연의 기능적 체계.

(2) 생태계의 구조

• 생물적 구성요소: 생태계를 이루는 생물 환경 요소.
  • 생산자: 독립영양 생물, 무기물질과 영양인자를 이용해 광에너지를 화학에너지로 전환.
  • 소비자: 종속영양 생물.
  • 분해자: 미세소비자, 사체 분해 역할 수행.
• 비생물적 구성요소: 물질순환에 관여하는 요소(C, N, CO₂, H₂O, 유기화합물, 빛, 온도 등).
  • 생물의 생활범위를 결정하는 중요한 요소.
  • 최적조건 / 내성범위 존재.
  • 물리적 요소:
    • 빛, 온도, 수분, 토양, 기후, 공기.
    • 온도
      • 베르그만 법칙: 정온 동물의 몸 크기는 온도와 상관관계 있음 (예: 북극여우가 더 큼).
      • 알렌 법칙: 한랭 지역의 항온 동물은 돌출부(귀, 꼬리 등)가 작음.
      • 라운키에르 생활형 체계: 겨울눈의 위치 차이에 따라 식물을 구분(일년/수생/지중/반지중/지표/지상).
    • 수분
      • 토양 수분과 대기 증발력에 의해 결정되며 계절적 강수량이 더 중요함.
      • 생물체 온도가 기온보다 높으면 수분이 지속적으로 증발.
      • 식물의 서식지 유형: 건생/중생/습생/수생 식물로 구분.
      • 동물의 서식지 유형: 수분 환경에 따라 다양한 적응 현상 보임.
    • 토양
      • 식물에게 물과 무기염류를 공급하는 생활 터전.
      • 기능: 식량 생산, 지하수 함양, 홍수 조절, 정화 기능, 경관 유지.
      • 토양 단면 구조
        • O층(유기물) → A층(용탈층) → B층(집적층) → C층(모재) → R층(기반암).
      • 식물 필수 10대 원소
        • 철, 망간, 구리, 아연, 붕소, 규소, 몰리브덴, 염소, 바나듐, 코발트.

(3) 제한요인, 최소량법칙, 내성법칙

• 제한요인: 생물 유지에 필수적인 환경 요인 중 부족하거나 성장을 방해하는 요소(직접적 제한 요인).
• 최소량법칙: 생육에 필요한 요소 중 가장 적은 양으로 존재하는 것이 생물의 성장을 제한.
• 내성법칙: 생물이 생존·생장할 수 있는 비생물적 환경 요인의 범위가 존재하며, 그 내성 범위 내에서만 생존 가능.

 

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2. 개체군과 군집

(1) 개체군

• 의의: 같은 종의 개체들이 모여 형성된 집단. 일시적·유동적 개체군은 메타개체군이라 함.
• 특징: 개체군은 다른 개체군과 구별되는 특성을 가짐.
  • 밀도: 출생·이입 시 증가, 사망·이출 시 감소. 밀도가 높아지면 환경 저항을 받아 일정한 밀도로 유지됨.
  • 생사율: 시간 경과에 따른 출생 및 사망 개체수 비율이 개체군 크기를 결정.
    • 엘리 효과: 과밀 또는 과소 개체군은 생존과 성장에 해로움. 일정 크기 유지 시 최적 생장 가능.
    • 최소 밀도보다 다소 높은 밀도에서 몸무게, 생식률, 수명 증가. 낮은 밀도에서는 생장률 감소.
  • 연령구조: 연령피라미드 형태에 따라 구분됨.
    • 발전형(피라미드), 안정형(종모양), 쇠퇴형(오각형).
  • 개체군 크기와 유전적 특성
    • 개체군이 작아지면 유전적 부동, 근친교배 증가, 진화적 유연성 감소, 다양성·변이성 소실 발생.
  • 생존곡선
    • Ⅰ형: 유아 생존율 높고, 일정 시점부터 사망률 증가.
    • Ⅱ형: 연령별 사망률이 일정.
    • Ⅲ형: 유아 사망률이 높고 이후 사망률 감소.
  • 생장 곡선
    • J형 성장: 개체 수가 급격히 증가하는 패턴. 개체가 작고, 수명이 짧으며, 생식력이 높고 발생 속도가 빠름. 생식 횟수는 1회성.
    • S형 성장: 환경 저항을 받으며 일정 수준에서 개체군 크기가 조절됨.
    • r-선택 종: J형 성장형 개체군(번식력 높고 환경 변화에 민감).
    • K-선택 종: S형 성장형 개체군(환경에 적응하며 안정적 번식).
  • 개체군 크기 조절 요인
    • 내적 요인: 밀도 변화에 대한 개체군 내부의 반응.
    • 외적 요인: 타 군집과의 상호작용(포식, 경쟁 등).
  • 개체군 분산(공간 분포 형태)
    • 균일형(규칙형): 환경이 균일하고 개체 간 경쟁이 심할 때 발생(드뭄).
    • 임의형(불규칙형): 생존 경쟁이 낮고, 환경이 균일하지 않을 때 발생.
    • 괴상형(집중형): 특정 환경 요인, 전파 방식, 무성생식, 종 간 유대관계 등에 의해 집중 분포(V/m > 1).

(2) 군집

• 의의: 여러 개체군이 모여 물질대사의 재편성을 통해 통합된 기능적 단위를 형성.
• 유형
  • 독립성
    • 고차군집: 독립성이 높으며, 태양 에너지 이용, 인접 군집과 접촉 적음.
    • 저차군집: 주위 집단에 의존하는 군집.
  • 형태
    • 개방군집: 삼림처럼 다른 군집과 혼합하여 존재하는 형태.
    • 폐쇄군집: 동굴처럼 뚜렷한 경계를 갖는 군집.
• 구조
  • 종조성: 군집은 특정 지역의 다양한 개체군이 모인 집합체이며, 각 개체군의 상대적 비율이 다름.
  • 상관: 군집은 층위 구조나 공간적 분포 유형 등의 특징을 가짐.
  • 주기성: 군집 구조는 하루 또는 계절 주기로 반복됨.
  • 영양구조: 먹이사슬과 영양 단계가 존재하며, 에너지 흐름이 유기적으로 연결됨.
• 경관(식생 구조에 따른 구분)
  • 삼림: 교목이 연결된 형태.
  • 사바나: 초원이나 관목지대에 드문드문 교목이 분포.
  • 덤불숲: 키 큰 관목이나 작은 교목이 밀생하여 걸어다니기 어려운 곳.
  • 초원: 목본 없이 초본이 우세한 지역.
  • 사막: 식물이 거의 없거나, 식물 덮인 면적이 모래 덮인 면적보다 작은 지역.
• 상관(식물 군락의 외관적 특징)
  • 생장형: 군락의 우점종이 가진 생활형(교목·관목·초본).
  • 개체밀도: 밀생군락(조밀) / 소생군락(드문).
  • 군락 높이: 교목림 / 관목림 / 초원.
  • 계절적 변화: 상록수림 / 낙엽수림.
  • 우점종 잎 모양: 침엽수림 / 활엽수림.
  • 군락 구성종 복잡성:
    • 고위도 침엽수림(단순 구조).
    • 열대 다우림(복잡한 구조).
  • → 생활형이 가장 중요하며, 상관은 환경과 밀접한 관계를 가짐.
• 특성
  • 우점종: 군집에서 중요한 역할을 하며 다른 종에 영향을 미치는 종.
  • 핵심종: 종 다양성 유지에 결정적 역할을 하며 생태계 기능을 조절하는 종.
  • 깃대종: 생태계 복원에 중요한 개척자적인 역할을 하며 특정 생태계를 대표하는 종.
  • 화합물 상극작용: 화합물이 다른 종에 영향을 미침(예: 스컹크).
  • 페로몬: 화합물이 같은 종 내에서 신호 역할(예: 짝짓기 유도).
  • 지위유사: 군집 내에서 생활형이 유사한 종의 무리.
  • 길드: 동물 군집에서 먹이가 비슷한 종들의 무리.
  • 주기성
    • 일변성: 주행성·야행성·황혼성.
    • 계절적 변화: 환경 요인의 계절 변화에 따라 구조 및 기능이 달라짐.
• 조사 방법
  • 전수조사: 모든 개체를 조사하는 방식.
  • 방형구법: 일정 구역을 설정해 샘플링.
  • 재포획법: 일정 개체를 포획 후 다시 방사하여 추정.
  • 제거법: 일정 개체를 제거하여 개체 수 추정.
  • 비구획법: 특정 구획을 설정하지 않고 개체 수 조사.

 

 

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