12 에너지의 흐름과 물질순환, 생물다양성(Energy Flow and material circulation, biodiversity)

1.  물질의 생산과 소비
1) 총생산량(Total production): 생산자 (producer)가 일정 기간 동안 광합성(photosynthesis)을 통해 합성한 유기물 (organic matter )총량
총생산량total production= Respiratory volume호흡량+순생산량Net production(피식량+고사·낙엽량+생장량)
→ " 가장크다 ! 전체임 "
2) 호흡량(Respiratory volume): 생산자 (producer) 가 에너지 얻기 위해 호흡 (respiration)에 소비한 유기물 (organic matter) 양
→ "마이너스 비용이야. 순생산량 구할때 빼야해 ㅠ "
3) 순생산량(Net production): 총생산량(total production) - 호흡량 (respiratory volume )
→ "총생산량- 호흡량! 순이익을구한다! ''

 

4) 생장량: 생물 생장에 이용된 유기물의 총량.

순생산량 - 피식량, 고사·낙엽량 제외하고 생물체에 있는 유기물 양
5) 식물(생산자)의 피식량= 초식 동물(1차 소비자)의 섭식량, 
초식 동물의 동화량= 섭식량- 배출량(유기물의 양)

 

2.에너지 흐름
1) 에너지 흐름: 생태계 내에서 에너지는 순환x, 한 방향으로만 흐름.

ex) 생산자→1차 소비자 → 2차 소비자→ 3차 소비자
1. 생태계 공급되는 주요 에너지원: 태양의 빛에너지→ 화학에너지 by 생산자의 광합성 
2. 유기물 저장된 화학 에너지 중 일부 세포 호흡→ 생명 유지에 사용,열에너지로 전환→ 생태계 밖으로 방출. 결국 각 영양 단계가 가지는 화학 에너지의 일부만 유기물 형태→ 먹이 사슬을 따라 상위 영양 단계로 이동, 상위 영양 단계로 갈수록 각 영양 단계의 생물이 사용가능 에너지양 감소
3.사체나 배설물 등에 저장된 화학 에너지는 분해자의 세포 호흡에 의해 생명 활동에 사용, 열에너지→ 생태계 밖 방출

2) 에너지 효율
1. 에너지 효율 구하는 공식

에너지 효율(%)= 현 영양단계 보유한 에너지양/ 전영양 단계 보유한 에너지 양 *100

2 에너지 효율은 일반적으로 상위 영양 단계로 갈수록 증가

 

3.물질 순환
1) 탄소 순환
1. 탄소: 생명체 구성하는 유기물의기본 골격

대기: CO2, 물속: 탄산 수소 이온(HCO3-)

2. 생산자(식물, 조류 등)의 광합성→대기 중 CO2(물속의 HCO3-)유기물 합성.
3. 유기물 중 일부: 먹이 사슬을 따라 생산자→ 소비자로 이동→ 사체나 배설물 형태로 분해자.
4. 생산자, 소비자, 분해자의 유기물 중 일부 :호흡 통해 CO2로 분해→ 대기로 .
5. 사체/ 배설물의 나머지 유기물: 화석 연료(석탄, 석유 등) → 연소by인간→ CO2로 분해 → 대기.
2) 질소 순환
질소: 단백질& 핵산 구성. 질소 기체 (N2):대기 중 78%차지.
1. 질소 고정:  대기 중의 질소 기체→ 암모늄 이온 (NH4+)by 질소 고정
세균(뿌리혹박테리아, 아조토박터 등)/질산 이온(NO3-) 고정. 공중방전 →생물에 이용.
2 질산화 작용: 토양 속의 암모늄 이온→ 질산이온 by질산화 세균(아질산균, 질산균)
3 질소 동화 작용: 암모늄 이온이나 질산 이온 흡수 bY 생산자→ 질소 화합물(단백질, 핵산)로 합성→  소비자.
4 .사체/ 배설물 속 질소 화합물→ 암모늄이온 by분해자 → 토양
5. 탈질산화 작용: 토양 속 질산 이온→ 질소기체 by 탈질산화 세균→ 대기

 

 

3)에너지 흐름과 물질 순환 비교
무기물→ 유기물by 생산자, 유기물→ 무기물(분해자)

 

 

4. 생태 피라미드와 생태계의 평형
1) 생태 피라미드: 먹이 사슬에서 각 영양 단계에 속하는 생물의 개체 수, 생물량(생체량), 에너지양 등을 하위 영양 단계에서부터 쌓아 올리면 피라미드

2) 생태계의 평형: 생물 군집의 구성, 개체 수, 물질의 양, 에너지 흐름이 안정 
1.먹이 사슬에 의한 평형 유지: 먹이 사슬 복잡→ 평형 유지 쉬움.
2 물질 순환과 에너지 흐름의 안정: 물질 순환, 에너지 흐름 원활→평형 유지. 
3 평형 유지 과정: 1차 소비자 증가 → 2차 소비자 증가, 생산자 감소 → 1차 소비자 감소 → 2차 소비자 감소, 생산자 증가 → 회복.

3) 생태계 평형파괴 원인: 천재 지변(지진, 홍수, 화산 폭발, 태풍 등), 인간  활동(과도한 사냥, 도로와 댐 건설과 같은 인위적 개발, 화석 연료 과다 사용, 환경 오염 ) 등

 

5. 생물 다양성
생물 다양성→ 유전자& 상호작용 다양 

 

1) 유전적 다양성
1. 같은 종이라도 개체군 내의 개체들이 유전자의 변이로 인해 다양한 형질이 나타나는 것 ex) 아시아무당벌레의 다양한 색과 반점 무늬, 기린의 다양한 털 무늬 등
2. 종 내에 다양한 대립유전자→ 유전적 다양성이 높.
3. 유전적 다양성이 높은 종은 개체들의 형질이 다양. → 환경이 급변/ 전염병발생→살아남을 수 있는 유리한 형질을 가진 개체가 존재할 확률이 높. → 멸종 확률이 낮.
4. 유전적 다양성 →농작물의 품종 개량

 

2) 종 다양성
1. 한 지역에서 종의 다양한 정도.
2. 종의 수가 많을수록, 종의 비율이 고를수록 종 다양성이 높.
3 종 다양성이 높을수록 생태계가 안정적 유지.

3) 생태계 다양성
1. 어떤 지역에 사막, 초원, 삼림, 습지, 산, 호수, 강, 바다 등 다양한 생태계가 존재.
2. 생태계를 구성하는 생물과 환경 사이의 관계에 관한 다양성을 포함.
3. 생태계 다양성이 높은 지역에서는 다양한 환경 조건이 존재하므로 서로 다른 환경에 적응→다양한 종→ 유전적 다양성과 종 다양성 높.
4) 생물 다양성의 중요성
1. 생태계 안정성 유지: 생물 다양성은 생태계의 기능 및 안정성 유지에 중요.
-생물 다양성이 유지되는 생태계는 교란이 있어도 생태계 평형이 유지 가능성 높.
-생태계 평형이 깨짐→ 물질의 순환과 에너지 흐름에 이상을 초래→ 생물의 생존 위협→ 쉽게 회복x/ 회복 시간오래 걸린다.
2. 생물 자원

1)직접이용

1. 의식주

- 목화, 마, 누에, 양: 직물 

- 쌀, 밀, 옥수수, 콩 : 식량

- 나무, 풀: 주택 재료

2. 의약품 

- 푸른곰팡이: 페니실린 (항생제)

- 주목: 택솔(항암제)

3. 기타

- 화석연료(석탄, 석유, 천연가스), 땔감, 천연 염색약, 고무, 종이 원료

2) 간접 이용

1. 환경 조절자

- 습지와 해안 지역처럼 오염 물질 처리

- 방품림같이 홍수. 산사태 예방

- 식물: 적합한 기후 형성

2. 지표종: 지의류와 같이 특정 지역 환경 상태 알려줌

3. 관광자원: 휴양림, 습지, 갯벌

3 다양한 생물 자원의 효율적 이용과 개발: 과학 발달→ 생물 자원은 더욱 다양하고 새로운 형태로 개발·이용
ex) 질병에 대한 저항력을 가진 생물의 유전자→ 새로운 농작물 개발 활용, 극한 환경 서식하는 생물의 내열성 DNA 중합 효소의 활용, 바이오 에너지 생산 등

 

생물 다양성의 보전
1) 생물 다양성의 위기와 감소 원인
1. 서식지 파괴 및 단편화: 숲의 벌채나 습지의 매립 등으로 서식지 면적이 감소되면 그 서식지에서 살아가는 생물의 종
수가 감소→ 생물 다양성이 감소. 

대규모의 서식지가 소규모로 분할되는 서식지 단편화는 서식지 면적 감소 , 생물 이동을 제한→ 고립→ 그 지역에 서식하는 개체군의 크기작. 

2. 불법 포획과 남획→ 멸종위기
-불법포획 :개체 수 보전을 위해 포획이 금지된 종을 포획하는 것
-남획: 어떤 개체군을 회복할 수 없을 정도로 과도하게 포획. 불법 포획과 남획→ 일부 종은 멸종 위기.
3. 환경 오염과 기후 변화: 대기·수질·토양의 오염 →지구 온난화→ 생물다양성 감소
4. 외래종 도입: 외래종이 고유종의 서식지를 차지→먹이 사슬에 변화→ 생물 다양성감소

ex) 블루길, 가시박, 뉴트리아, 돼지풀

2) 생물 다양성의 보전 방안
1.개인 ( individual)의 실천 방안: 에너지 절약, 자원 재활용, 친환경(저탄소) 제품 사용
2. 사회 (society)의 실천 방안: 대정부 감시 기능과 홍보를 위한NGO 활동 등
3.국가 ( Country)의 실천 방안: 야생 생물 보호 및 관리에 관한 법률 제정, 국립 공원 지정 및 관 리, 멸종 위기종 복원 사업, 종자 은행→ 생물의 유전자 관리 등
4.국제( international ) 실천방안
ex) 생물 다양성 협약, 람사르 협약, 바젤 협약, 런던 협약 등