육상생태계 Ecological Restoration 1. 생태계의 군집 특성과 구성원 1.1 군집의 구성과 동태 1) 정의 및 분류 ① 군집(community)의 정의 • 생물계 안에서 물리적 환경에 따라 상호작용하는 개체군의 모임 ② 군집의 종류 ▣ 개방군집(open community) • 일부 군집이 다른 군집과 점차적으로 혼합되는 군집 • 예: 산림군집 ▣ 폐쇄군집(closed community) • 경계가 뚜렷한 군집으로 에너지의 상호작용이 없음 • 예: 동굴, 푸겟 사운드의 가문비나무 군집

Ecological Restoration 2) 군집구조에서 경쟁의 역할 ① 한정된 자원에 대한 경쟁의 형태 ▣ 이용경쟁(exploitative competition) • 한 쪽이 이익을 얻으면 다른 쪽은 경쟁에서 져 피해를 입음 • 경쟁자 사이의 서식능력의 차이가 경쟁의 결과를 좌우함 ▣ 간섭경쟁(interference competition) • 다른 생물이 필요한 자원에 접근을 제한 → 경쟁자의 멸종 • 식물이 만드는 독성물질 → 다른 개체의 생장이나 생존을 방해 ▣ 경쟁의 수준 • 종내 경쟁: 먹이, 교미, 둥지 장소 등이 원인 • 종간 경쟁: 군집의 종 구성에 영향을 미침

Ecological Restoration ② 생태적 지위(ecological niche) ▣ 정의 • 자연환경에서 생물학적, 생리학적, 행동학적 상호작용의 모든 면을 포함하는 생물들의 역할 ▣ 생태적 지위를 표현하는 기준 • 사용된 자원의 종류 • 이용에 영향을 줄 수 있는 자원의 특징 • 종에 의해 다른 방법으로 그 자원의 이용이 가능할 때의 생존율 ▣ 생태적 지위의 종류 • 기본지위(fundamental niche): 생물이 주위환경과 상호작용할 수 있는 방법으로 경쟁과 같은 요인을 통해 억압되지 않을 때 일어나는 상호작용 • 실현지위(realized niche): 실제적으로 차지하게 되는 기존지위의 한 부분

Ecological Restoration ▣ 생태적 지위의 범위 • 넓은 것: 까마귀 • 좁은 것: 소택지의 솔개, 박테리아 ③ 경쟁배타의 법칙(가우스의 법칙) • 생태적 지위가 일치되었을 때, 다른 종들과 상호작용에 관한 것이며, 가우스가 발견 • 두 개의 종이 자원이 제한된 조건 아래서 무기한 같이 살지 못하고, 또 같은 방식으로 환경과 상호작용할 수 없다. ④ 맥아더의 가설 • 경쟁은 서식처의 분할을 촉진시키고, 각 종은 최적의 서식처에 살게 된다.

Ecological Restoration 3) 군집구조에서 텃세권의 역할과 우점계급 ① 종간경쟁의 특징 • 강하고 서로 파괴적이며 특별한 형태의 구조를 통해 제어된다. • 종간경쟁의 구조는 해당 개체의 생존과 생식의 가능성을 증가시킨다. • 종간경쟁 구조의 종류: 텃세권, 개체 인식에 근거한 상호작용 ② 텃세권 ▣ 텃세권(territory)의 형성 • 하나의 방어된 지역으로서 일부 자원(식량, 둥지자리, 짝 등)을 소유하며 이것들을 경쟁자로부터 보호한다. • 서식지가 광범위하고 다양하면 특정 동물들은 다른 동물들에 비해 보다 나은 지역을 소유할 수 있다. ▣ 텃세권의 크기 • 영토 ↑, 에너지와 시간 소비 ↑ • 작은 영토 → 자손을 키우기 위한 충분한 먹이 공급이 불가능

Ecological Restoration ③ 개체 인식에 근거한 상호작용 • 사회적 상호작용을 통하여 초기에 종들의 세력에 따라 관계되는 개체의 순위를 형성 • 상위 순위의 동물이 다른 것들보다 먹이를 훨씬 수월하게 얻을 수 있음 • 하위 순위동물의 상위 순위동물과의 경쟁 포기 4) 군집구조에서 질병과 기생의 역할 • 질병: 포식과 함께 상호작용하여 결과적으로 개체군을 축소시킴 • 기생충: 기생충-숙주 결합의 기간, 강도에 의존 5) 군집구조에서 포식의 역할 ▣ 포식(predation): 군집구조를 결정하는 요인 ▣ 포식자는 피식자 개체군을 멸절시키지는 않음

Ecological Restoration ▣ 포식자-피식자 개체군 동태

Ecological Restoration 1.2 군집의 발달 – 생태적 천이 1) 군집발달의 요인 • 기후적ㆍ지질학적 요인, 군집 내 생물들의 활동 등 • 천이: 자생적ㆍ타생적 요인의 합쳐진 결과로 발생 2) 군집발달의 종류 ▣ 생태적 천이(ecological succession) • 시간에 따른 군집의 변화 ▣ 자생천이(autogenic succession) • 생물 자체 결과에 의한 천이 ▣ 타생천이(allogenic succession) • 산불, 홍수 등 물리적 힘에 의해 일어난 천이 ▣ 천이계열(sere) • 식물 군락이 천이를 시작해서 안정된 군락으로 되기까지의 변천 과정

Ecological Restoration 3) 생태천이의 분류 ① 1차 천이(primary sucession) • 암반노두, 새로 생긴 화산섬 등에 새로운 군집이 생기는 것 • 개척자: 지의류, 이끼류 • 천이과정: 암반 나지 → 지의류와 이끼류 → 초본과 관목 → 밀집된 관목림 → 소나무, 가문비 나무 → 전마무, 자작나무 → 가문비나무 군집

Ecological Restoration ② 2차 천이(secondary succession) • 이전 군집이 파괴된 곳에서 새로 생기는 군집, 1차 천이보다 빠름 • 개척자: 잡초, 풀, 관목, 묘목 등 • 특징: 주위 군집과 혼합된 상태로 존재

Ecological Restoration ③ 수생군집 천이(primary sucession) • 호수와 연못의 천이: 자연적인 부영양화의 결과 • 빈영양호, 부영양호, 습지 • 발달과정: 군집생장에 따른 퇴적물 증가, 깊이 감소 → 습지 → 육상식물 침입 → 호수의 흔적 사라짐 • 문화적 부영양화: 인간에 의한 부영양화로 연못의 천이를 촉진

Ecological Restoration ④ 천이를 추진하는 힘 • 촉진조절모형(facilitation model) • 억제조절모형(inhibition model) • 내성조절모형(tolerance model) ⑤ 극상군집(climax community) • 순생산 = 이용 • 생물의 다양성 증대 • 외부 영향에 덜 민감 • 먹이관계: food chain → food web ⑥ 종 다양성의 영향 인자 • 서식처의 복잡도 ↑, 다양성 ↑ • 지역 규모 ↑, 다양성 ↑ • 종의 지리적 근원지에 가까을수록 다양성 증가 • 저위도 > 고위도

Ecological Restoration 2. 주요 육상생태계의 특성 • 생물군계(biome): 생물의 군총 • 군집(community) • 전이대(transition zone) 2.1 사막(desert) ▣ 기후 • 연간 강우량 250 mm 미만, 밤과 낮의 온도차 30 ℃ 이상 ▣ 생태계 특징 • 소수의 종만 생존, 종의 교란이 쉬움 ▣ 식물 • 건생식물 • 다년생 식물: 적은 수의 기공, 넓게 산재, 밤에 가스교환 • 일년생 식물: 비가 온 후 활발한 생장과 생식 ▣ 동물: 밤에 활동

Ecological Restoration 2.2 초원(grassland) ▣ 특징: 초본식물이 우점, 강수량은 대략 250~750 mm이고 계절주기 ▣ 지역 • 북반구 초원: steppe, prairie • 남반구 초원: pampas, veldt, savanna 등 ▣ 생물군계 • 불이나 초식동물의 활동으로 유지 • 식물: 태양에너지를 화학에너지로 빠르게 전환 • 동물: 다수의 동물 개체군, 초식동물의 서식처 2.3 열대사바나(tropical savanna) • 식물: 태양에너지를 화학에너지로 빠르게 전환 • 동물: 다수의 동물 개체군, 초식동물의 서식처 pampas

Ecological Restoration 2.4 열대우림(tropical rain forest) • 연평균 강우량 2500~4500 mm • 지역: 아마존 강 유역, 인도네시아 군도 지역, 콩고 유역 등 • 식물: 무성한 숲, 큰 키의 나무, 넝쿨 식물 • 동물:

Ecological Restoration 2.5 지중해성 관목지대(chaparral) • 연평균 강우량 250~750 mm, 겨울철 짧은 우기 • 지역: 북아메리카 태평양 연안, 지중해, 아프리카 최남단, 호주 남부 • 삼림: 활엽상록수림 • 식물: 작은 상록관목 밀집, 난쟁이덩굴, 다액질 줄기 • 동물: 곤충이 풍부, 사슴 등의 척추동물, 철새

Ecological Restoration 2.6 온대낙엽수림(temperate deciduous forest) • 연평균 강우량 1000 mm 연중 고른 분포, 계절 변화 • 지역: 캐나다 남동부, 중부 유럽과 북부 유럽, 동부아시아, 남반구(브라질, 동아프리카, 호주 동해안, 뉴질랜드) • 식물: 떡갈나무, 단풍나무 등 큰 나무 • 동물: 설치류(토끼, 다람쥐 등), 육식동물(올빼미, 스라소니, 곰 등)

Ecological Restoration 2.7 타이가(taiga)와 침엽수림(coniferous forest) • 긴 겨울, 짧은 여름, 적은 강수량, 광대한 습지와 많은 소택지 • 지역: 북아메리카, 유럽의 습한 한대지방 겨울 일조시간: 6~8시간, 여름 일조시간: 19시간 • 식물: 가문비나무, 전나무 침엽수림에는 작은 관목은 거의 없음 • 습지의 식생: 가문비나무, 관목, 이끼, 초본식물 • 동물: 큰 사슴, 사슴 등의 초식동물

Ecological Restoration 2.8 툰드라(tundra) • 연강수량 150 mm 이하, 겨울 건조기후, 봄여름에 거대한 소택지로 변함 • 지역: 알래스카반도~배링해 • 식물: 일조량과 바람 때문에 키 작은 나무가 주, 지의류, 이끼류 • 동물: 순록, 사향소 등의 대형 초식동물, 파리와 모기 多

Ecological Restoration 3. 생물다양성과 중요성 및 유지방안 3.1 생물다양성 • 생물다양성이 훼손되면 회복이 어렵다. • E. O. Wilson: 자연보호의 상징으로 생물다양성 보존 강조 3.2 생물자원의 중요성 1) 실용적 이용 ▣ 식량자원 ▣ 생활 및 산업자원 • 식물: 천연고무, 왁스, 기름, 송진 등을 제공 • 동물: 기름, 비단, 가죽 등을 제공 ▣ 의약품과 천연물질 제공 ▣ 유전자 자원의 제공 ▣ 관광자원

Ecological Restoration 2) 생물적 가치 ▣ 생태계 유지와 정화서비스 • 생물다양성: 대기조정과 순환을 조절 • 야생동물과 곤충: 식물의 수분, 종자와 영양체 전파 및 발아에 역할 • 식물 뿌리: 암석의 풍화를 촉진 • 미생물: 무기양분의 순환 ▣ 오염의 정화 • 생물다양성: 오염물질을 분해ㆍ정화 • 식물, 박테리아: 대기, 물, 토양에 존재하는 오염물질 제거 ▣ 심미적ㆍ문화적 가치 • 인간에게 아름다운 경관을 제공

Ecological Restoration 4. 토지이용과 생태계 보전 4.1 토양오염의 개요 ▣ 토양오염의 정의 • 토양이 산업활동과 그 밖의 인간활동으로 오염되어 사람과 가축의 건강이나 환경에 피해를 주는 상태 ▣ 토양오염의 특징 • 유동성이 거의 없음 • 직접 피해; 식물생육, 토양생물, 간접피해; 매체를 통해 피해 • 토양 중 유해물질 축적과 환경영향 간의 양적 인과관계 규명이 어려움 • 토양오염의 관리와 처리의 어려움

Ecological Restoration 4.2 토양오염의 발생원인 ▣ 비료 및 영양물질에 의한 오염 • 토양 속 질소와 인의 과다 축적 → 관개수나 지하수 오염 ▣ 중금속 오염 ▣ 농약오염 ▣ 유류오염 ▣ 중성세제 등 기타 물질에 의한 오염 ▣ 방사능 오염 4.3 토양오염의 영향 1) 토양의 산성화 ▣ 발생원인 • 화학비료 과다사용, 분뇨의 비료 사용 → 혐기성 반응에 의한 산성화, 호기성 반응에 의한 질산화

Ecological Restoration ▣ 영향 • 식물체 내 단백질의 응고 또는 용해 • 토양 내 Al3+, Mn3+ 의 용해 → 인산과 결합하여 농작물의 인 결핍 초래 • 토양의 단립구조 형성 저해, 질소고정세균 활동 저하 등 2) 토양의 염분량 증가의 영향 • 농업용수의 삼투압 증가로 의한 식물 성장 저해 3) 토양의 중금속 오염의 영향 ▣ 발생원인 • 지각에 있는 중금속의 용출 • 공장폐수나 폐기물 침출수에 의한 오염 ▣ 결과 • Cd3+, Hg2+의 생물농축에 의한 인체 피해 • Cu2+, Zn2+ : 원형질내 단백질과 결합하여 대사를 저해

Ecological Restoration 4) 토양의 물리적 성질 변화와 영향 ▣ 탄광페수 및 요업폐수 등에서 발생하는 미립자 • 토양 내 공기의 유통을 막아 배수를 저해 ▣ 무기성 부유물질 • 토양의 배수 저해, 토양의 양이온과 결합하여 경질화 ▣ 유기물의 상태에 따른 영향 • 용존상태: 미생물의 증식에 의한 배수 불량, 혐기상태에서 H2S 발생 5) 토양 내 나트륨이온의 영향 • Na+ 가 Ca2+와 치환되어 배수가 불량한 토양으로 변화 • pH 변화: 일시적 알카리 → 산성화

Ecological Restoration 4.4 토양오염대책 1) 예방대책 • 농업용수의 기준 설정 • 제품 생산에 청정기술 도입 • 폐수 및 폐기물 관리 • 오염물질(농약 등)의 안전사용기준 준수 • 토양오염 측정망 설치 • 토양오염방지를 위한 국민홍보 2) 사후대책 ▣ 토양조건을 고려한 재배식물 선정 ▣ 토양개량 • 일시전환: 밭 → 논 • 토양정화사업 • 흙갈이 • 토지용도 변경