고등학교 1~2학년 (15-17세)

물질의 순환과 생태계 평형

Matter Cycling & Ecosystem Stability

에너지는 태양에서 들어와 열로 빠져나가며 한 방향으로 흐르지만, 탄소와 질소 같은 물질은 생물과 환경 사이를 돌고 돌아요. 질소는 단백질과 핵산을 만드는 데 꼭 필요한데, 공기의 80% 가까이를 차지하는 N₂ 는 매우 안정해서 대부분의 생물이 그대로 쓰지 못해요. 그래서 세균이나 번개가 N₂ 를 고정하고, 질산화 세균이 질산 이온으로 바꾸면 식물이 흡수하고, 탈질산화 세균이 다시 N₂ 로 돌려보내면서 질소가 한 바퀴 돌아요. 그림에서는 대기, 토양, 생물 사이를 오가는 화살표마다 어떤 과정이 질소를 옮기는지 볼 수 있어요.

에너지는 흐르고 물질은 돈다

♻️ 두 가지를 구별하기

①에너지는 태양 → 생산자 → 소비자로 넘어가면서 단계마다 열로 빠져나가고, 다시 쓰이지 않는다

②탄소와 질소 같은 물질은 생물의 몸과 대기 · 토양 · 물 사이를 끊임없이 오간다

③그래서 생태계는 에너지를 태양에서 계속 받아야 하지만, 물질은 같은 원자를 되풀이해 쓴다

질소 순환

🌱 질소가 생물에게 오기까지

①질소는 단백질과 핵산(DNA, RNA)의 성분이다

②대기의 N₂ 는 두 질소 원자가 세 겹으로 결합해 있어 매우 안정하므로, 대부분의 생물은 이를 직접 쓰지 못한다

③뿌리혹박테리아 같은 질소 고정 세균이 N₂ 를 암모늄 이온으로 바꾸거나 번개가 질산 이온을 만들어야 식물이 흡수할 수 있다

④동물은 식물을 먹어서 질소를 얻고, 생물의 사체와 배설물 속 질소는 분해자가 다시 암모늄 이온으로 돌려놓는다

질소 순환의 네 과정

질소 순환

질소를 옮기는 네 과정

에너지 흐름과 물질 순환

에너지 vs 물질

흐름의 방향이 다르다

구분	에너지	물질 (탄소 · 질소)
방향	한 방향 (태양 → 열)	순환 (생물 ↔ 환경)
다시 쓰이는가	아니다: 태양에서 계속 받아야 한다	그렇다: 같은 원자가 되풀이해 쓰인다
결국 가는 곳	열이 되어 생태계 밖으로	대기 · 토양 · 물로 되돌아감

개념을 문제로

예제 1: 질소 순환 과정 구별하기

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

질산 이온이 대기의 질소로 돌아가는 과정을 찾는다.

NO₃^- → N₂

이 과정은 탈질산화이고, 탈질산화 세균이 한다.

▸ 탈질산화, 탈질산화 세균

질소 고정(N₂ → NH₄⁺)과 방향이 정반대다. 그림에서 고정 화살표는 대기에서 토양으로 내려가고, 탈질산화 화살표는 토양에서 대기로 올라간다. 고정은 질소를 생물권으로 들이고, 탈질산화는 대기로 되돌린다.

총정리

질소 순환의 흐름

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

고정 · 질산화 · 탈질산화는 세균이 하고, 동화는 식물이 한다

생태계 평형

먹이 그물이 복잡할수록 생태계가 안정하다

생태계 평형은 생물의 종류와 개체 수, 물질의 양이 거의 일정하게 유지되는 상태다. 작은 교란은 먹이 관계를 통해 스스로 회복된다

수능 유형 변형 (생명과학Ⅰ)

그림은 생태계에서 일어나는 질소 순환의 일부를 나타낸 것이다. ㉠은 대기의 N₂ → NH₄⁺, ㉡은 NH₄⁺ · NO₃⁻ → 식물의 단백질, ㉢은 NO₃⁻ → 대기의 N₂ 과정이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것을 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 같은 세균이 한다. 식물이 직접 하지 않고 광합성과도 관계없으므로 ①, ④, ⑤는 틀리다.

㉡은 식물이 NH₄⁺ 와 NO₃⁻ 를 흡수해 단백질을 합성하는 질소 동화이므로 ②가 옳다.

㉢(NO₃⁻ → N₂)은 탈질산화로, 토양의 질소가 대기로 빠져나가 토양의 질소는 줄어든다. 따라서 ③도 틀리다.

🎯 시험 포인트

①에너지는 한 방향으로 흐르고 순환하지 않지만, 물질은 순환한다

②질소 순환은 고정(N₂ → NH₄⁺), 질산화(NH₄⁺ → NO₃⁻), 동화(식물이 흡수해 단백질 합성), 탈질산화(NO₃⁻ → N₂)로 이어진다

③질소 고정은 뿌리혹박테리아 같은 세균과 번개가 하고, 탈질산화는 탈질산화 세균이 한다

④탄소는 광합성으로 대기에서 생물로 들어오고, 호흡과 연소로 다시 대기로 나간다

⑤먹이 그물이 복잡할수록 생태계가 안정하고, 작은 교란은 스스로 회복된다

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군집

세포의 구조와 기능

마지막 수정 2026-10-17

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