물질의 순환과 생태계 평형

Matter Cycling & Ecosystem Stability

에너지는 태양에서 열로 한 방향으로 흐르지만, 탄소와 질소 같은 물질은 생물과 환경 사이를 순환해요. 질소는 단백질과 핵산의 필수 성분인데, 대기 N₂는 세균의 고정 없이는 식물이 쓰기 어려워요. 고정·질산화·동화·탈질산화 과정을 거쳐 질소가 다시 공기로 돌아가요. 캔버스의 질소 순환 경로와 분류 표로 각 단계의 역할을 확인해 봐요.

에너지는 흐르고, 물질은 돈다

♻️ 두 가지를 헷갈리지 말자

①에너지: 태양 → 생산자 → 소비자 → 열로 빠져나감 (일방향, 순환하지 않음)

②물질(탄소·질소): 생물 ↔ 환경 사이를 끊임없이 순환

③그래서 에너지는 계속 공급받아야 하지만 물질은 재활용된다

질소 순환: 공기 중 질소가 생물로

🌱 왜 질소가 중요할까?

①질소는 단백질·핵산(DNA)의 필수 성분

②하지만 대기의 N₂는 안정해 대부분의 생물이 직접 못 쓴다

③세균의 도움(질소 고정)으로 토양 속 형태로 바뀌어야 식물이 흡수한다

질소 순환의 네 과정

질소 순환

네 가지 핵심 과정

에너지 흐름과 물질 순환의 차이

에너지 vs 물질

Chart흐름의 방향이 다르다

구분	에너지	물질(탄소·질소)
방향	한 방향 (태양 → 열)	순환 (생물 ↔ 환경)
재활용	안 됨: 계속 공급 필요	됨: 반복 사용
최종 형태	열로 우주로 빠져나감	환경으로 되돌아감

개념을 문제로

예제 1: 질소 순환 과정 구분

토양 속 질산 이온(NO₃⁻)이 대기 중 질소(N₂)로 바뀌어 공기 중으로 빠져나갔다. 이 과정의 이름과, 이를 수행하는 생물은 무엇인가?

질산 이온이 대기 질소로 돌아가는 과정을 찾는다.

NO₃^- → N₂

이 과정은 탈질산화이고, 탈질산화세균이 수행한다.

▸ 탈질산화, 수행 생물 = 탈질산화세균

질소 고정(N₂→NH₄⁺)과 방향이 정반대다. 고정은 질소를 생물권으로 들이고, 탈질산화는 대기로 되돌린다.

총정리

질소 순환의 흐름

N₂ →(고정)→ NH₄⁺ →(질산화)→ NO₃^- →(동화)→ 단백질, NO₃^- →(탈질산화)→ N₂

고정·질산화·동화·탈질산화: 모두 세균이 핵심 역할

생태계 평형

먹이 그물이 복잡할수록 안정성 ↑

평형 = 종 구성·개체 수가 일정하게 유지되는 상태. 교란이 작으면 스스로 회복

수능 유형 변형 (생명과학Ⅰ)

그림은 생태계에서의 질소 순환 일부를 나타낸 것이다. ㉠은 대기 N₂ → NH₄⁺, ㉡은 NH₄⁺·NO₃⁻ → 식물 단백질, ㉢은 NO₃⁻ → 대기 N₂ 과정이다. 옳은 설명을 고르시오.

①㉠은 탈질산화이며 식물이 직접 수행한다.

②㉡은 질소 동화이며 식물이 무기 질소를 흡수해 유기물로 만든다.

③㉢이 일어나면 토양의 질소가 늘어난다.

④세 과정은 모두 세균 없이 일어난다.

⑤㉠은 광합성 과정의 일부이다.

▸ ② ㉡은 질소 동화이며 식물이 무기 질소를 흡수해 유기물로 만든다.

㉠(N₂→NH₄⁺)은 질소 고정으로 뿌리혹박테리아 등 세균이 수행 → ①·④·⑤ 오답.

㉡은 식물이 NH₄⁺·NO₃⁻를 흡수해 단백질을 합성하는 질소 동화 → ② 정답.

㉢(NO₃⁻→N₂)은 탈질산화로 토양 질소가 대기로 빠져나가 토양 질소는 줄어든다 → ③ 오답.

🎯 시험 포인트

①에너지=일방향(순환 X), 물질=순환(O)

②질소 순환: 고정(N₂→NH₄⁺)·질산화(NH₄⁺→NO₃⁻)·동화·탈질산화(NO₃⁻→N₂)

③질소 고정은 뿌리혹박테리아·번개, 탈질산화는 탈질산화세균

④탄소 순환: 광합성(CO₂ 흡수) ↔ 호흡·연소(CO₂ 방출)

⑤생태계 평형: 먹이 그물 복잡할수록 안정, 작은 교란은 스스로 회복