생태계의 정의

1. 생태계의 정의 식물, 동물 및 미생물 등의 생물체간의 상호작용 또는 생물체와 환경과의 상호작용이 지속적으로 유지되는 시스템. • 어떤 지역의 모든 생물군집이 물리적 환경과 상호작용하며, 에너지의 흐름에 의해 시스템 속에서 뚜렷한 영양단계, 생물의 다양성 및 물질의 순환을 만들어내고 있는 하나의 시스템으로 정의

2. 생태계의 형성

3. 생태계의 구분 • 무생물권 : 온도, 빛, 토양의 특성, 영양물질의 이동 등과 같이 환경을 이루는 모든 화학적․물리적 요소 • 대기권, 수권, 암석권으로 구분. • 무생물권은 다양한 조합으로 생태계의 형태와 구조를 결정, • 수분 : 산림, 초원 및 사막을 구분하는 limiting factor. • 온도 : 침엽수, 활엽수 등의 수목형태를 결정하는 제한인자. • 생물권 : 생산자,소비자, 분해자로 구분 • 생물권은 무생물적 인자들의 틀에 적응하여야 생존이 가능.

4. 생산자 빛 또는 화학에너지를 이용하여 대기나 물에 녹아 있는 CO2등의 무기물을 이용하여 유기물을 생성하는 식물 또는 미생물의 독립영양생물 • 엽록체나 세포막에서 광합성 또는 세포질 내에서 화학합성 • 대다수의 광합성식물은 빛에너지를 흡수하는 안료 크로로필을 갖고 있다.

5. 소비자 생산자를 직접 또는 간접적인 먹이로 하여 유기물을 섭취하는 생물 • 생존, 성장, 번식 등을 위하여 필요한 에너지를 다른 생물체가 만들어낸 유기물을 섭취해서 자신이 필요한 에너지를 만들어내는 생물체 • 1차 소비자(초식동물) : 필요한 에너지를 생산자로부터 얻는 생물체 • 2차 소비자(육식동물) : 1차 소비자로부터 에너지를 얻는 생물체 • 잡식동물 : 생산자, 1차 소비자, 2차 소비자 모두에게서 에너지원을 얻는 생물체 • 기생생물 : 먹이사슬의 관계에 있지 않으며, 소비자의 영양분을 일방적 으로 취하는 생물체 • 사물소비자 : 죽은 생물을 먹이로 하는 생물로 소비자와는 달리 구분.

6. 분해자 • 분해자는 진균류와 박테리아균으로 분류. • 영양물질순환에 중추적 역할을 한다. • 분해는 물질대사에 필요한 에너지를 생산하는 생물적 산화로 정의 • 광합성 능력이 결핍된 식물의 대다수는 분해자의 역할을 한다. • 분해자는 생산자와 같이 소비자의 먹이가 되기도 한다. 생물체의 파편, 시체, 배설물 등 잔사를 자신의 에너지원으로 하는 생물

8. 생태계의 물질순환

9. 광합성 • 유산소 광합성 • 녹색식물, 조류, 남조류에서 에너지를 합성하는 기작 CO2 + 2H2O(CH2O)n + H2O + O2 • 무산소 광합성 • 녹색유황세균, 자색유황세균에서 에너지를 합성하는 기작 CO2 + 2H2S(CH2O) + H2O + 2S • 녹색비유황세균, 자색비황세균에서 에너지를 합성하는 기작 S 대신 유기산을 형성

10. 태양광선의 분류

11. 태양에너지

16. E빛(지구에 도달하는 태양에너지의 0.023%) 6CO2 + 6H2OC6H12O6 + 6H2O + E열 E위치 : 소모된 빛에너지의 2 ~ 5%

17. 열역학의 법칙 • 열역학 제 1법칙 : 에너지 보존의 법칙 • 에너지의 모양은 변화하지만, 소멸하거나 창출되지 않는다. • 에너지 : 빛에너지, 열에너지, 일에너지, Entrophic • 열역학 제 2법칙 : 엔트로피의 법칙 • 에너지의 변환 : 집중형에서 분산형으로 에너지가 감소하는 방향으로 이외의 자발적인 변환은 일어나지 않는다. • 에너지의 흐름 : 높은 위치에너지에서 낮은 위치에너지 방향으로 엔트로피가 증가하는 방향으로 • 에너지 전달은 일부의 에너지가 열에너지로 전환 • 100%의 에너지 전달은 없다.

18. 생태계의 특징 • 초식회로와 유기물 잔재회로의 에너지 회로 • 초식회로 : 살아있는 식물 전체 또는 식물부분을 직접 소비하는 기작 • 유기물 잔재회로 : 죽어있는 동식물을 분해하는 기작 • 시간, 공간적 다양성 패턴 • 생태계는 시간적으로나 공간적으로 다양한 형태의 관계가 형성 • 계절에 따라 독립과 군집을 반복하는 조류, 사막의 관목 • 먹이사슬 • 식물 → 초식동물 → 육식동물과 같은 선상으로 에너지가 이동. • 에너지의 이동은 약 10%의 에너지만 다음 단계로 이동. • 그러나 실제의 잡식성 때문에 복잡한 관계를 갖게 된다. • 먹이사슬에서 상위로 갈수록 영양수준은 높아지만, 생물량은 감소한다. • 생물량 : 특정 생물종의 총중량

20. 미생물계에서의 먹이사슬

23. 물질 순환 탄소(C), 수소(H2), 산소(O2), 질소(N2), 인(P) 등의 생물에 필수적인 원소 또는 탄수화물, 단백질, 지방 등의 유기화합물 및 수분은 생물과 생물 또는 생물과 무생물 간에 끊임없이 이동. • 수리학적 순환 • 물과 같이 화학변화는 일어나지 않는 순환, • 기체형 순환 : 대기권이 저장고, • 기체상태의 원소들이 생물호흡에 의해 소멸 또는 생성되는 순환 • 침전형 순환 : 암석권이 저장고, • P 및 S 등과 같은 고체형 원소가 풍화에 의해 침전되는 순환 • 재순환이 느리다. • 생물지학적 순환 • 생물과 지학환경 상호간에 원소가 순환하는형태

25. 대기 식물 동물 석탄,석유 배설물 분해자 사체 사체 Carbon Cycle 광합성 호흡 호흡 연소 피식 분해

27. 공중질소(N2) 생산자 소비자 분해자 NO3 NO2 NH4 Nitrogen Cycle 공중질소고정 탈질소작용 공중방전 질소동화 암모니화

28. Phosphorus Cycle

29. 식물 동물 미생물 배설물 인광석 뼈,이 인산생성균 인산염 바다새,물고기 얕은바다퇴적물 깊은바다퇴적물 Phosphorus Cycle

30. 발달과 진화 • 1000년 이하동안 일어나는 생물군집의 발전을 생태적 천이라 한다. • 천이 : 기회주의적 동․식물이 일령의 순서로 출현하는 일시적 군집을 이루는 과정을 천이단계라 한다. • 극상생태계 : 천이단계에서 모든 종들이 서로의 비율에 따라 재생산을 거치면서 더 이상의 변화가 일어나지 않는 균형상태를 이루게 된다. • 극상생태계는 그 지역의 한계인자에 따라 달라진다. 사막생태계 : 뜨겁고 건조한 지역 열대우림 : 뜨겁고 습한 지역

31. 1차 천이 생물체가 살지 않던 암석지역 등에 자연현상으로 지표가 노출되면서 생물체의 서식이 시작되는 현상

32. 2차 천이 화재 등으로 생물체가 제거된 지역에 다시 생물체의 서식현상

34. 한계인자에 의한 영향 • 하나의 생명체에 최적의 환경이 유지되면 성장은 한계인자에 영향을 받는다. • 한 생태계의 전체적인 구조가 한 가지 무생물적인 인자에 의하여 결정되는 현상을 한계인자라 한다. • 삼림 : 강우량 750 mm/yr 이상

37. 생물학적 잠재력과 환경저항성 • 생태계의 모든 종은 자신의 종을 증식시키려는 생물학적 잠재력을 갖는다. • 주변 환경이 최적조건으로 유지되면 생물학적 잠재력으로 인하여 종의 번식이 증가한다. • 환경저항성은 생물 종의 급속한 증가를 억제한다. • 따라서 생태계의 균형은 생물학적 잠재력과 환경저항성으로 인하여 유지되며, 생태계의 변화는 생물학적 잠재력 또는 환경저항성의 변화로 나타난다.

38. 생태계의 균형 • 피식자와 포식자 • 피식자의 개체수가 증가하면 포식자의 개체수가 증가하고, 피식자의 개체수가 감소하면 포식자의 개체수도 감소

39. 미국 아리조나주의 카이밥 평원에서의 피식자와 포식자 • 1907년 4,000마리의 양이 서식 • 주정부의 육식동물 사냥에 대한 포상제도로 육식동물이 급격하게 감소 • 1924년 양의 수가 10만 마리로 증가하면서 목초의 과소비로 2년 후, 양의 수가 6만 마리로 감소 • 평원은 현재까지 회복되지 않고 있다.

40. 경쟁관계의 식물 : 자신의 선호성 및 특성에 따라 생존이 적합한 곳에서 성장 • 플라타나스 : 습한 토양에 잘 적응하여 총수에 강하지만, 건조 토양에 약하다. • 참나무, 배수가 잘되는 토양에 강하지만, 습한 토양에 약하다.

41. 인간에 의한 생태계의 변화 • 개발에 의한 변화 • 대단위의 평원 또는 대규모의 산림개발 • 동식물의 멸종 • 식물 제거에 의한 토양의 유기물 노출로 토양의 급속한 부식 • 브라질 이아타유역 : 개발과정에서 토지 암석화(laterrite) 발생 • Laterrite : • 과도한 개발은 심한 강우가 발생하면 지표면에서 지하수에 이르기까지 인(P), 칼륨(K), 칼슘(Ca)과 같이 식물성장에 필요한 필수 미네랄을 유출. • 토양에는 철(Fe)과 알루미늄(Al)만 남아 척박한 토양을 형성. • 철과 알루미늄이 노출되면서 복잡한 화학반응으로 암석이 되는 현상

42. 1882년 43.9%의 산림이 1952년에 21.1%로 감소. • 사막이 9.4%에서 23%로 증가. • 태 국 : • 국토의 70%가 삼림에서 현재는 1/3로 감소 • 목재수출국에서 수입국으로 전락. • 미 국 의 아이오아주 : • 미국 최대 곡창지대 • 바람에 의한 토양의 파괴 • 2020년 경작지의 40%가 황폐화될 것으로 예측

43. 대기오염에 의한 영향 • 대기오염물질의 수중침강으로 수생식물을 질식사. • 하천의 자정능력을 감소. • 삼림에 침강하여 식물의 동화작용을 저감. • 육상생태계의 변화 • 인간의 이동으로 인한 생태계의 파괴. • 농업혁명에 의한 생태계 파괴. • 수권의 변화 • 발효성 폐기물의 배출로 인한 부영양화 초래. • 부영양화는 조류를 현저하게 증식시켜 적조 등을 발생. • 산소의 결핍 및 황화수소 등의 발생으로 인한 수권의 파괴. • 광산 등에서 배출되는 폐수에 의한 하천의 피폐화.

44. 벤자민, 고무나무, 소철 등은 벤젠과 같은 유해가스를 흡수하고, 냄새를 제거하는 등 공기를 정화한다. 나무는 온실가스를 탄소로 저장 나무잎의 엽록소는 수분을 수소와 산소로 분해하고, 수소가 CO2와 결합하여 포도당을 생산하여 영양분을 저장하므로, 탄소가 나무에 저장된다. 증발산을 통해 삼림지대를 냉각하고, 습도를 유지한다. 증산․증발은 강우의 인자로 작용하므로 물의 순환에 기여 자연에서 삼림의 역활

45. 삼림의 역할(녹색댐) • 나무의 광합성 작용 • 뿌리를 통하여 물을 흡수 • 잎의 미세한 기공을 통하여 수분을 배출하는 증산작용 • 다량의 물을 소비하는 기작. • 하천이나 지하로 스며드는 물은 삼림에 의하여 관리 • 삼림은 표토층을 두껍고 부드럽게 하여 물의 흡수능력을 극대화 • 강우시 물의 하천유입 시간지연으로 홍수 조절 • 표토층을 통과하는 물을 정화 • 삼림은 빗물에 의한 토양침식 방지 • 하천으로의 토양유입 방지

46. 삼림의 유실 • 지구에서 농업이 출현한 10만년전 삼림의 면적은 62억 ha이었으나, 현재의 삼림 면적은 39억 ha. • 이집트에서 페르시아만까지 비옥한 토지 : 로마의 식량 공급원. • 솔로몬 궁전(예루살렘)은 레바논의 삼나무 숲에서 목재를 충당. • 고대 로마시대의 거대도시가 사하라 사막에 형성. • 1980년 육지면적의 28%가 삼림(남극과 그린란드 제외) • 1990년 이후에 2.5%의 삼림이 감소 • 선진에서는 삼림면적이 증가하고, 개발도상국에서는 급속하게 감소. • 개발에 의한 삼림의 감소. • 인구증가에 의한 삼림의 감소.

47. 열대우림 • 연간강수량 1,800mm 이상, 해발고도 800mm 이하에 발달한 상록수림. • 100년전 지구육지면적의 16%, 현재는 7%로 감소 • 매년 135,000km2가 감소 • 막대한 증산과 증발을 통한 땅의 냉각과 수증기의 순환 • 연중 CO2흡수 적도를 중심으로 남․북위 23도 30분 사이에 위치

48. 열대우림의 형성 • 태양열로 뜨거워진 공기가 상승하면서 활발한 대류현상이 발생 • 무역풍이 적도 대서양에서 증발한 습기를 머금고 아마존으로 이동 • 대류현상으로 상승한 습한 공기는 냉각되어 구름을 형성하여 강우를 발생 • 나무는 땅속의 수분을 흡수하고, 증발산을 통해 수분을 공기로 배출

49. 열대우림의 역활 • 증발산을 통하여 지구의 온도를 유지. • 광합성을 통한 온실가스의 저장. • 매년 증가하는 40억톤의 CO2중 30%가 열대우림의 파괴에서 발생. • 연간 발생하는 CO2의 증가 • 화석연료의 연소 및 시멘트 제조 : 63억톤 • 열대우림의 파괴 등 삼림의 훼손 : 17억톤 • 연간 발생하는 CO2의 자연정화 • 해양에서의 흡수 : 23억톤 • 식물의 광합성 : 24억톤 • 온실효과 : 33억톤

50. 열대우림의 파괴원인 • 31,000km2/년의 파괴. • 원주민의 생존을 위한 산림파괴: 화전 • 경제개발과 외환상환을 위한 국가의 미봉적인 규제: 인구증가 • 목재를 원하는 다국적 기업의 수요증가: 산업 및 경제활동의 증가