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3. 생태계

[ 인간과 환경 ]

윤 덕 훈

국립한경대학교 식물생명환경과학부

한국의 생태계 건강 지수(국제자연보존연맹, 2001)

복리후생지수(WI)사람과 자연생태계가 공존하는 지속가능성의 지표

국민생활행복지수(HWI) – 36개 지표소득수준.식수.국가경제 상황.실업률.정치적 자유.언론자유.범죄율.건강 생존기간 등

자연생태계건강지수(EWI) – 51개 지표생태계 다양성.수질오염.물 사용량.온실가스 배출량.오존층 파괴물질 배출량.야생 동

식물 보호.에너지 소비량 등

47점 / 100점58위 / 180개국

67점 / 100점27위 / 180개국

27점 / 100점161위 / 180개국

복리후생지수(WI)국민생활행복지수

(HWI)자연생태계건강지수

(EWI)

복리후생지수 1위인 스웨덴이 생활수준을 높이기 위해 자연을 이용하는 효율은1백58위인 소말리아의 19배

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가. 생태학의 개념

생태학 Ecology = oikos + logos

생태계 Ecosystem

• 환경중에서의 생물과 생물환경에 관한 학문

• 1865년 Reither와 Haeckel이 처음 사용

• 어떤 지역의 모든 생물이 무기적 환경과 유기적으로

상호작용하며,

시스템 속에서 에너지의 흐름에 따른 뚜렷한 영양단계,

즉, 생물의 다양성 및 물질의 순환을 만들어내는 시스템

• 생물적, 비생물적 구성부분으로 구성

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나. 생태계

1) 구성

비생물생태계의 구성요소

• 순환되는 무기물 : 탄소, 산소, 질소 등

• 유기화합물 : 탄수화물, 단백질, 지방 등

• 기후조건 / 물리적 인자 : 공기, 물, 기후, 온도, 바람 등

생물생태계의 구성요소

• 생산자 : 녹색식물

• 소비자 : 생산자를 먹이로 하는 영양단계

• 분해자 : 미생물

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나. 생태계

2) 생태계의 기능적 구성요소

에너지회로

먹이연쇄 (Food Chain)

시간, 공간적 다양성 패턴

� 초식회로 (grazing circuit) : 살아있는 식물 전체 또는 일부 직접 이용� 유기물잔재회로 (organic detritus circuit) : 죽은 동식물을 소비

� 식물 – 초식동물 – 육식동물로 이어지는 먹고 먹히는 관계� 선상으로 이어지나, 잡식성으로 그물망을 이룸

� 지역적 특성과 계절의 변화에 따라 생태계의 구성과 변화가 다양

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나. 생태계

2) 생태계의 기능적 구성요소

영양염의 순환

발달과 진화

제어(Control)

� 영양염의 생태계내 순환� 필수원소(C, H, O, N, P), 유기화합물(탄수화물, 단백질, 지방)� 생체 내외부에서 같이 나타나고, 생물과 사물(死物)간 이동

� 생태계는 발달하고 진화� 천이 : 시간에 따른 생태계의 전향적 변화� 천이를 통해 안정되고 균형된 상태로 변화

� 생태계는 스스로 시스템 제어능력 가짐� 보상작용, 재생능력, 복원능력

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나. 생태계

3) 생태계의 예

생태계의 예 : 늪, 호수, 삼림, 갯벌

대형생태계

소형생태계

• 해양생태계, 사막생태계, 지구생태계 등

• 배지, 사람의 입과 창자 등

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다. 생태계의 특질

1) 에너지의 흐름과 물질의 순환

생태계의 구조와 기능

• 에너지 흐름

• 유기영양분의 순환

에너지의 흐름은 일방적

• 생물상이 그 기능을 유지하도록 함

영양소는 상호 교류 및 순환

• 생물환경과 비생물환경 사이를 순환

• 생물환경에서는 먹이연쇄를 통해 이동하며 순환

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다. 생태계의 특질

2) 먹이연쇄 (Food Chain)

에너지의 연속 단계

• Elton의 생태피라밋

- 영양단계 존재

- 에너지는 90%씩 감소

- 생물의 생체량 감소

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라. 생화학적 순환

물질의 재순환

• 태양에너지는 대기권 밖으로부터 공급

• 탄소, 질소와 같은 물질은 재순환이 필요

• 탄소, 질소, 인은 생명의 순환에서 중요

• 물질의 순환 경로

- 물리적 이동

: 대기권, 수권, 암석권 상호간 이동

: 동일권 내의 이동

- 화학적 변화

: 생물적, 비생물적

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라. 생화학적 순환

탄소 : 지구상 생물의 기본 원소

• 생물체는 탄소를 기본으로 유기체 구성

• 녹색식물에 의해 유기물로 합성

• 먹이사슬에 의해 상위단계로 이동

• 호흡작용에 의하여 유기화합물로 부터 에너지 얻음

- 호흡작용의 최종산물은 물과 탄산가스

1) 탄소의 순환

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라. 생화학적 순환

질소 : 단백질의 기본 성분

• 공기중의 79%

• 질소의 생물내부 유입경로

- 질소고정박테리아에 의해 직접 대기로부터

- 식물이 토양으로부터 섭취하는 질산염

2) 질소의 순환

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라. 생화학적 순환

인 : DNA, RNA분자의 기본 원소

• 인 없이는 생명도 없다

• 생태계 속을 순환하지 않으나 인광석 등으로 나타남

• 깊은 바다의 침전물속에 퇴적

• 인산염비료 없이는 10~20억 인구만 유지 가능

3) 인의 순환

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마. 생태계의 특성

1) 항존성의 유지 (Homeostasis)

• 생태계는 어느 종이든 일정 규모 이상으로 증식하고

번성하는 것을 허용하지 않는다

- 기후나 식생구조에 따라 일시적인 폭발적 증식은 존재

• 생태계는 복잡해질수록 더욱 안정화

• 동물의 에너지는 식물이 유기화합물을 합성하는데

사용되어진 태양에너지의 양에 의해 조절됨

구성원의 정상상태 유지 성질

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마. 생태계의 특성

2) 상호의존 (Interdependence)

• 유기체의 계속적 기능 수행에 다른 유기체의 기능과 관계

• 사람은 음식을 얻기 위해 탄수화물을 광합성 작용에 의존

• 숲의 나무는 미생물의 활동으로 양분 흡수

모든 것은 다른 모든 것과 관련

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Bitterbush

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마. 생태계의 특성

3) 복잡성 (Complexity)

• 우리가 생각하는 것보다 더 복잡하고

우리가 생각할 수 있는 것보다 훨씬 더 복잡하다

• 우리의 행위는 단 한가지 결과만을 초래하지 않는다

생태계의 복잡하고 미묘한 상호관계

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마. 생태계의 특성

4) 적응 (Accommodation)

• 생물 진화의 원인

• 동일 환경조건에서도 적응기전이 각 종마다 다름

-> 종 만의 독특한 특징 가짐

생존에 유리한 방향의 반응과정

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마. 생태계의 특성

5) 생태적 천이 (ecological succession)

• 나지->일년생초본류->다년생초본류->관목->광엽수림

• 생물군집의 시간적 변화과정

• 이론적 방향성과 결과 예측 가능

• 천이의 양상이나 변화 속도는 물리적 환경에 따라 결정/제한

• 천이의 주도는 군집 그 자체

여러 단계를 거쳐 극상 군집에 도달

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바. 변화하는 생태계

1) 개발에 의한 생태계 변화

인간의 활동

• 작물 재배, 삼림벌채, 간척, 댐 / 건축물 /도로 건설

• 삼림벌채

- 숲 파괴로 생태계 변화 초래

- 유기물의 대기 노출로 빨리 부식화

- 표토의 감소

• 사막화 진행 : 1882년 9.4% -> 1952년 23%

• 인간 접근 곤란 삼림 : 43.9% -> 21.1%

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바. 변화하는 생태계

1) 개발에 의한 생태계 변화

인간의 활동

• 열대지방에서 심하게 발생

- 라테라이트화

- 개발로 인한 토양이 태광과 바람에 노출되어 암석화

- 브라질의 아마존강 IATA 유역의 농경커뮤니티 실패

- 캄보디아의 크메르 문명 멸망

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앙코르 왓

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바. 변화하는 생태계

2) 대기오염이 생태계에 미치는 영향

지구의 온도상승

• 지구가열 - 태양복사파 흡수 (단파장)

• 지구냉각 - 지구복사파 방출 (장파장)

- 온실가스 등이 지구복사파 흡수

• CO2 증가로 지구온난화 가속

- 월 증가속도 0.06ppm (하와이의 3,500m 고산에서 측정)

- 400년 후 현재보다 배로 증가

- 기원전 5,000년 처럼 해수면 10m 이상 상승

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바. 변화하는 생태계

2) 대기오염이 생태계에 미치는 영향

스모그(smog)

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바. 변화하는 생태계

2) 대기오염이 생태계에 미치는 영향

토양의 대기오염물질 흡수

• 도로의 포장으로 인한 토양의 스폰지 기능 상실

• 에틸렌, 아황산가스 등 흡수

- 미국에서 배출되는 1,500톤의 에틸렌 중 50%는 토양속

미생물의 분해로 제거

• 도시의 녹지대 형성 필요

- 기후 및 기상의 완화

- 대기의 청정화

- 방음, 방수, 방재

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바. 변화하는 생태계

3) 농약살포와 생태계의 변화

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바. 변화하는 생태계

3) 농약살포와 생태계의 변화

• 인류는 식량으로서 80여종의 식물을 재배하고

25종의 동물을 사육함

• 우리나라는 20년전보다 약 1.5배의 쌀 생산량 증가

• 문제점 초래 - 해충의 저항성 증가

- 잠재 곤충의 병해충화

- 농약의 잔류

농작물, 가축, 인체의 오염화

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바. 변화하는 생태계

3) 농약살포와 생태계의 변화

• 살충제 살포로 해충의 종류는 감소되었으나 피해 감소는 아님

• 과수원의 진드기류는 오히려 세력 증가

• DDT의 잔류는 상위 먹이단계로 갈수록 누적

• 속효성 살충제를 사용해도 농업생태계 회복에 시일 필요

- 과수원 포식충의 상호관계 회복에는 5년이 필요

• 살충제에 의한 피해는 조류가 가장 심함

기타 생물상의 변화

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꽃가루 운반 곤충 연간 247조원 경제효과

2008 프랑스 국립농업연구소(INRA)

• 곤충의 경제적 가치가 전세계 농업 생산액의 9.5% 차지

• 세계적으로 벌의 서식지가 급격히 감소

• 꿀벌 멸종시 작물과 제품의 생산성 하락으로 가격 상승

• 소비자에게 약 307조원~500조원의 경제적 피해 예상

- 꿀벌 실종에 의한 간접피해는 제외

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바. 변화하는 생태계

4) 육상 생태계의 변화

인간 역사의 변화

• 자연속 인간의 역사 발전 단계

- 수렵시대

- 농경 / 목축 시대

- 천연자원물의 인공합성시대

- 환경변혁시대

• 인간의 역사에 따른 생태계 파괴 - 포유류 198종 멸종

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바. 변화하는 생태계

5) 수권 생태계의 변화

수질오염원

• 오염원 - 하수, 분뇨, 축산폐수, 공장폐수, 광산폐수 등

• 하수나 분뇨는 생분해성 유기물 다량 함유 -> 부영양화

• 공장폐수 - 어류상의 변화나 어패류 사멸 초래

• 광산폐수 - 강산성물질 또는 중금속 문제 유발

• 석유폐수 - 해양수질오염의 주범

• 온폐수 - 수온상승에 의한 수생생태계 변화

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바. 변화하는 생태계

6) 생물계의 농축

먹이사슬에 의한 발생

• 0.002ppm의 DDT에 굴을 넣으면 150ppm까지 증가

- 깨끗한 해수에 굴을 넣으면 80일 후 2.5ppm으로 감소

- 이 농도에서도 작은 새우나 어류는 50%가 2일 이내 치사

• 토양내 지렁이는 ha당 3만 마리 정도

- 년간 25만톤의 흙 처리

- DDT, BHC 등의 농약 잔류시 어류나 조류에 연쇄 피해

- 미나마타병은 먹이사슬을 통한 생물계 농축의 대표사례

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사. 생태계에 대한 새로운 인식

자연생태계는 하나의 세계

생태학적 성장의 한계

인간은 자연 자체의 법칙에 의존

생태계의 복잡성 인지