생태계

생태계는 생물 군집과 그 군집이 접한 비생물적 환경(물리적·화학적 환경) 이 유기적인 집합을 이룬 것을 말한다. 아서 탄슬리(Arthur Tansley)가 1935년, 하나의 전체로서 간주되는 생물적·비생물적 구성요소들을 표현하기 위하여 제창하였다. 계 또는 체계라는 단어의 선택은 생태계를 식생에 영향을 주는 온갖 잡동사니를 포괄하는 하나의 주머니라기보다는 체계적으로 조직된 하나의 단위에 대한 적절한 명칭으로서 생각했음을 명확히 보여준다.¹⁾

목차

생태계는 생물 군집과 그 군집이 접한 비생물적 환경의 유기적 집합이다. (출처:GettyimagesKorea)

생태계의 경계를 설정하는 것은 어렵지만 보통의 경우 이해하고자 하는 대상에 따라 그 경계와 크기가 정해진다. 즉, 어떤 내용을 파악하고자 하는가에 따라 생태계는 매우 작은 규모부터 전 지구 차원까지 다양할 수 있다. 예를 들면, 바위에서 사는 지의류가 암석의 풍화에 미치는 영향을 알아보려 할 경우 그 범위는 불과 수 mm의 단위로 설정될 수 있고 생태계의 면적도 매우 작다.

그러나 산림 벌채로 인한 하천의 수량 변화를 이해하고자 한다면 그 범위는 수십 km의 유역에 걸쳐서 나타나고 생태계의 면적도 그만큼 넓어지며, 화석연료의 연소에 의한 전 지구 기후 변화를 파악하려 한다면 그 영향은 수천 km의 범위에 나타나기 때문에 전 지구가 생태계 면적이 된다.²⁾

한편, 생태계는 물리적 실체라기보다는 하나의 개념에 더 가까운데, 이 개념에는 구조, 기능, 복잡성, 상호작용 및 상호의존성, 시간의 변화라는 5가지의 속성이 포함되어 있다. ‘구조’는 생태계에 생물 군집과 여기에 에너지와 물, 그리고 양분을 공급할 수 있는 토양이나 대기와 같은 비생물 요소가 포함되어 있는 것을 의미하며, ‘기능’은 생물 군집과 물리적 환경 사이에서 에너지와 물질의 이동 및 교환이 일어나는 것이다. 그리고 ‘복잡성’ 은 생태계가 다양한 생물체를 포함하기 때문에 여기에서 일어나는 여러 현상은 구조와 기능을 충분히 고려함으로써 추정할 수 있다는 의미이고, 생태계 구성요소들 사이에는 서로 연관성이 있기 때문에 한 가지의 변화는 나머지 다른 모든 것들에 영향을 미치는 ‘상호작용 및 상호의존성’ 의 속성이 있으며, 생태계는 변화하지 않는 정적인 계가 아니라 에너지와 물질의 이동 및 교환, 그리고 구조와 기능이 ‘시간에 따라 계속 변화’ 하는 속성이 있다.³⁾

생태계 개념의 발달 초기에는 에너지 또는 탄소 중심으로 생태계의 속성을 이해하였지만, 점차 양분과 수분을 포함하는 것으로 확대되었다.⁴⁾⁵⁾

생태계는 열린 계이다. 에너지는 생태계에 필요한 입력 요소이다. 태양은 생물권의 근본적인 에너지원이며 대부분의 자연 생태계를 직접 유지시킨다. 또 바람, 비, 물의 흐름, 연료와 같은 에너지원들이 생태계에서 열이나 유기물질, 오염물질의 형태로 변환되어 흘러나간다.

생태계의 주요한 생물 구성요소는 독립영양 구성요소와 종속영양 구성요소이다. 독립영양 구성요소는 광합성을 통해 태양에너지를 고정하고 물, 이산화탄소, 질산염과 같은 단순한 무기물질로부터 먹이를 생산할 수 있다. 생태계의 생산자에 해당하는 육지식물과 수중조류 및 수초들이 독립영양 구성요소이다. 종속영양 구성요소는 독립영양생물들에 의해 합성된 물질을 활용하고 재배열하며 분해한다. 곰팡이, 비광합성 박테리아, 기타 미생물, 사람을 포함한 동물들이 생태계의 소비자이자 종속영양생물이다. 이들은 토양과 침적토 및 그 주위에서 생활한다. 이들은 스스로 먹이를 생산할 수 없기 때문에 다른 유기체를 소비함으로써 먹이자원을 얻는다.

생태계의 비생물 구성요소는 생태계를 작동시키는 두 가지의 주요 기능인 에너지 흐름과 물질순환으로 구분할 수 있다. 에너지는 태양이나 다른 외부 에너지원으로부터 유래한다. 그리고 생물군집과 유기물질계를 통하여 열이나 유기체의 형태로 생태계 밖으로 흘러 나간다. 에너지는 저장되어 나중에 사용될 수 있지만 에너지의 형태가 일단 변환되면 다시 사용될 수 없다는 점에서 일방적이다. 먹이 생산이 계속되기 위해서는 태양광선이 계속해서 유입되어야 한다. 이와는 대조적으로 화학물질의 원소와 화합물은 손실 없이 계속해서 사용될 수 있다. 생태계에서 많은 양의 화학물질이 생물적·비생물적 요소들 사이에서 순환하고 있으며, 이를 물질 순환 또는 생지화학적 순환이라고 일컫는다.¹⁾

에너지 흐름과 물질순환 (출처:한국식물학회)

생물 자체와 소위 ‘흐름’으로 표현되는 생물의 활동을 다룬다. 흐름에는 산소, 탄소, 질소, 인, 황 같은 생명활동에 필수적인 다양한 원소와 에너지가 포함된다. 생태계의 연구는 에너지와 물질의 이동 그리고 이들에 미치는 기후와 다른 물리적 요인을 다룬다. 다시 말해서, 생태계의 기능은 토양, 대기, 수체에서 일어나는 에너지와 물질의 물리화학적 변환에 따른 생물의 활동을 해석하는 것이다.⁶⁾

1. Odum EP (1992) 생태학, Ed 1st. 동화기술,
2. Chapin FS, Matson PA, Mooney HA (2002) Principles of Terrestrial Ecosystem, Ed 1st. Springer-Verlag New York, New York,
3. Kimmins JP (2004) Forest Ecology : A Foundation for Sustainable Forest Management and Environmental Ethics in Forestry, Ed 3rd. Pearson Prentice Hall, New Jersey,
4. 손요환, 구창덕, 김춘식 외 (2016) 신고 산림생태학. 향문사,
5. Aber J, Melillo J (2001) Terrestrial Ecosystems, Ed 2nd. Harcourt Academic Press, San Diego, USA,
6. Ricklefs RE (2013) 생태학 : 자연의 경제학, Ed 6th. 라이프사이언스,