생명과학 ② 11-4. 생태계의 에너지 흐름과 생태계 평형

▎생명과학 ② 11-4. 생태계의 에너지 흐름과 생태계 평형

◈ 생태계의 에너지 흐름, 생태계 평형

1. 생태계에서 에너지의 흐름

1) 에너지의 흐름

① 생태계에 공급되는 에너지의 근원은 태양 에너지이며, 태양의 빛에너지는 광합성에 의해 화학 에너지 형태로 유기물 속에 저장된다.

② 이 에너지의 일부는 생산자 자신의 생명 활동에 사용되고, 일부는 먹이 연쇄를 따라 소비자나 분해자로 옮겨져 이들의 생명 활동에 사용된다. 사용되고 남은 에너지는 열에너지로 전환되어 무기 환경으로 방출된다.

③ 영양 단계를 이동할 때마다 각 영양 단계에서 생명 활동에 에너지를 사용하므로, 상위 영양 단계로 갈수록 에너지는 줄어든다.

④ 생태계에서는 각 단계에서 사용하고 남은 에너지가 먹이 연쇄를 따라 이동하지만 물질처럼 순환하는 것은 아니다. 이처럼 에너지는 한쪽 방향으로 흐르기만 하기 때문에 생태계가 유지되려면 태양 에너지가 지속적으로 공급되어야 한다.

2) 생태 피라미드

① 영양 단계 : 생태계에서 먹이 연쇄의 각 단계를 영양 단계라고 하며, 생산자, 소비자, 분해자가 이에 해당한다.

② 생태 피라미드 : 상위 영양 단계로 갈수록 개체수, 생물량, 에너지량이 줄어들어 피라미드 모양을 나타내는데, 이를 생태 피라미드라고 한다. 생태 피라미드에는 개체수 피라미드, 생물량 피라미드, 에너지 피라미드가 있다.

3) 에너지 효율

① 한 영양 단계에서 다음 영양 단계로 이동하는 에너지의 비율을 에너지 효율이라고 한다. 생태계에서 에너지 효율은 전 단계의 에너지량에 대한 현 단계의 에너지량의 비율로 나타낼 수 있다.

(단위 : %)

② 상위 영양 단계로 갈수록 에너지 효율이 증가하는데, 이것은 식물성 먹이보다 동물성 먹이가 소화가 잘 되고, 상위 영양 단계로 갈수록 몸집이 커져서 단위 무게 당 에너지 소모가 적기 때문이다.

생태계에서 에너지의 흐름

호수 생태계에서의 단위 면적당 에너지의 흐름을 나타낸 것이다.

① 상위 영양 단계로 갈수록 각 단계로 유입되는 에너지량은 줄어든다.

② 에너지 효율은 ,

로,

상위 영양 단계로 갈수록 각 단계의 에너지 효율은 높아진다.

③ 생태계에 들어온 에너지는 한쪽 방향으로만 흐르고, 결국 생물들이 이용할 수 없는 에너지(열에너지)로 전환되어 무기 환경으로 방출된다.

④ 에너지가 순환하지 않음에도 생태계의 에너지가 고갈되지 않는 까닭은 태양으로부터 계속 에너지가 공급되기 때문이다.

결론 : 영양 단계가 높아질수록 이동하는 에너지량은 감소하지만, 에너지 효율은 증가한다.

2. 생태계의 평형

1) 생태계의 평형 : 안정된 생태계는 생물 군집의 종류나 개체수가 전체적으로 안정된 상태를 유지하고 있는데, 이를 생태계의 평형이라고 한다.

① 먹이 연쇄는 생태계의 평형을 유지하는 기초가 되고, 먹이 그물이 복잡할수록 생태계는 안정된다. 따라서 생물 종의 다양성은 생태계 평형 유지에 매우 중요하다.

② 생태계 평형 유지의 원리 : 안정된 생태계에서는 구성 요소의 한 단계가 감소하거나 증가하면 관련된 다른 단계가 따라서 감소하거나 증가하여 결국 다시 평형 상태를 유지한다.

③ 생태계의 평형이 유지되려면 물질의 순환이 안정적이고, 에너지의 흐름도 원활해야 한다.

2) 생태계의 변화 요인

① 먹이 연쇄의 변화 : 자연 생태계에서 어떤 요인에 의해 한 생물종에 변화가 생기면 먹이 연쇄 전체가 영향을 받아 생태계의 평형이 깨질 수 있다. (예) 귀화 생물에 의한 고유 생태계의 파괴

② 인간에 의한 생태계 파괴: 인구의 도시 집중화나 무분별한 개발, 자원의 대량소비 등은 환경오염 물질을 증가시켜 지구 전체 생태계의 평형에 큰 위협을 주고 있다. 따라서 불가피하게 개발을 해야 할 경우에도 생태계 평형 파괴를 최소화하도록 해야 한다.

카이바브 고원의 생태계 변화

미국 애리조나 주에 있는 카이바브 고원의 사슴을 보호하기 위해 사슴의 천적인 퓨마, 늑대, 코요테의 수렵을 허가하였을 때 사슴의 개체수 변화는 다음과 같다.

① 사슴 개체수의 생장 곡선이 1924년경까지 J자로 나타나는 것은 사슴의 천적이 제거되었기 때문이다.

② 1924년경부터 사슴의 수가 급격히 줄어든 것은 사슴의 수에 비해 카이바브 고원에 먹을 것이 부족했기 때문이다.

③ 만일 사슴의 천적을 무분별하게 사냥하지 않았다면 사슴의 개체수는 일정하게 유지되었을 것이다.

결론 : 먹이 연쇄의 인위적인 단절은 생태계의 평형을 파괴할 수 있다.

공감 클릭은 로그인이 필요하지 않습니다. 하지만 포스팅에 큰 힘이 됩니다.

입시 전문 포털