[자연생태복원기사 정리] 생태피라미드, 생태계의 물질순환

1. 생태계의 에너지 이동

(1) 개요

• 에너지 흐름:
  • 태양 에너지를 기원으로 하며, 흐름은 선형적이고 일방적임.
  • 식물은 가시광선(400~700nm) 을 이용.
• 에너지 이용 효율:
  • 생산자 → 소비자 → 분해자로 갈수록 낮아짐.
  • 먹이사슬이 지속될수록 엔트로피 증가.
• 열역학 법칙:
  • 제1법칙: 에너지의 유입과 유출은 균형을 이룸.
  • 제2법칙: 소비자와 분해자는 먹이를 섭취하며 단계를 거치면서 유용한 에너지는 감소.

(2) 에너지 흐름의 측정

• 1차 생산력: 식물이 광합성을 통해 생산한 유기물량 또는 태양 에너지가 유기화합물에 저장되는 속도.
  • 1차 순생산력(NPP) = 1차 총생산력(GPP) - 호흡량
  • 생장량(현존량) = 순생산량 - 손실량(고사량 + 피식량)
• 2차 생산력: 소비자가 다른 생물을 먹고 살아가면서 생산한 새로운 동화량.

(3) 먹이사슬과 먹이그물

 

구분	먹이사슬	먹이그물
상호작용	수직적 상호작용(피식-포식)	수직 + 수평적 상호작용(피식-포식, 경쟁)
영향	직접적 영향	직·간접적 영향
복잡성	단순하며 이론적	복잡하며 실제적
영양 단계당 생물군 수	1개의 영양 단계에 1 생물군 포함	1개의 영양 단계에 다수의 생물군 포함

 

(4) 영양단계와 생태피라미드

• 영양단계: 먹이 전달 과정에서 각 단계 또는 고리를 의미.
• 특징:
  • 영양 단계가 높아질수록 개체 크기는 증가하지만 개체 수는 감소하는 경향.
  • 생물농축:
    • 지방 조직에 축적됨.
    • 먹이사슬을 거치며 먹이연쇄 농축 & 생물학적 농축 발생.
    • 영양 단계가 증가할수록 고농도로 농축됨.

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2. 생태계의 상호작용

(1) 개요

• 생태계 구성 요소 간 상호작용은 복합적인 영향을 주며, 생태계 조성을 변화시킴.
  • 작용: 비생물적 환경요소가 생물에 미치는 영향.
  • 반작용: 생물이 비생물적 환경에 미치는 영향.
  • 상호작용: 생물군집 구성원 간 상호 영향.

(2) 비생물적 요소의 작용

• 비생물적 요소 → 생물적 요소
  • 환경 요인이 생물의 생장과 생리적 특성을 결정(제한요인으로 작용).
• 생물적 요소 → 비생물적 요소
  • 생물의 생장이 비생물 환경을 변화시킬 수 있음.

(3) 생물적 요소의 작용

• 포식: 포식자-피식자 관계, 의태 관찰 가능.
• 공생:
  • 상리공생: 서로 이익.
  • 편리공생: 한 종의 생장이 다른 종에 의해 촉진됨.
  • 상조공생(원시협동): 상호 이롭지만 필수적이지 않음.
  • 편해공생: 일방적으로 해로움(예: 항생작용, 타감작용).
• 기생: 기생자-숙주 관계.
• 경쟁: 같은 군집 내 개체 간 경쟁이 발생하여 서로 마이너스 영향을 줌.
• 부생: 죽었거나 죽어가는 생물로부터 에너지를 얻음.
• 중립: 개체군 간 직접적인 영향 없음.

(4) 생태계의 항상성

• 특징: 자기 조절 기능.
  • 생물량 증가, 먹이연쇄 복잡성 증가, 토양 발달, 염류순환 폐쇄성 증가.
  • 회복성, 지속성, 불변성 유지.
• 안정성: 군집 구조가 크고 다양성이 높을수록 안정성이 증가.

(5) 생태계의 회복력과 저항력

• 회복력(Resilience):
  • 초원, 연못에서 높음(영양염류 순환이 쉽고 이용률 높음).
• 저항력(Resistance):
  • 기후 환경이 양호한 생태계는 저항력이 높고 회복력은 낮음(반대의 경우도 동일).

(6) 동적으로 약한 생태계 vs. 강한 생태계

• 동적으로 약한 생태계: 항상성 유지 시 약한 환경적 교란만 극복 가능.
• 동적으로 강한 생태계: 물리적·환경적 변화에 대한 내성 범위가 넓음.

 

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3. 생태계의 물질순환

• 지구는 근본적으로 폐쇄계로 간주됨.
• 생물이 사용한 물질은 영구적으로 소멸되지 않고 지속적으로 순환됨.
• 환경 → 생명체 → 환경으로 생지화학적 순환이 지속됨.

(1) 질소 순환 5단계

1. 질소고정
2. 광물질화 작용(암모니아화 작용)
3. 질산화(질화)
4. 질소 동화 작용
5. 탈질 작용(탈질산화)

(2) 인 순환

• 토양이 중심적인 역할을 함

 

 

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