【生物基礎】第５章 生態系とその保全（炭素の循環・窒素の循環）

１．生態系

生物的環境（植物・動物など）と非生物的環境（光・温度など）をまとめて生態系という。

 作用と環境形成作用

・作用

非生物的環境が生物に影響を及ぼすこと。

例： 日光が当たらなくなることで、植物が生育できなくなる。

・環境形成作用

生物が非生物的環境に影響を及ぼすこと。

例： 植物が成長することで、林床に当たる光の量が減少する。

生態系内での生物の役割

・生産者

無機物から有機物を合成できる独立栄養生物。

植物・植物プランクトン・藻類など。

・消費者

生産者が合成した有機物を消費する従属栄養生物。

植物食性動物・動物食性動物など。

・分解者

生物の枯死体や遺骸などの分解に関わる生物。

菌類・細菌類など。

物質循環

炭素や窒素などの物質は生態系内を循環し、その総量は生態系内でつねにほぼ一定となる。

一方、エネルギーは生態系内を循環しない。

生産者に吸収された光エネルギーは、化学エネルギーの形で生物間を流れ、生物の活動に伴って熱エネルギーとして生態系外へ放出される。

キーストーン種

生態系のバランスを保つのに重要な役割を果たしている生物。

岩礁の生態系において、最上位の消費者であるヒトデを除去すると、ヒトデに捕食されていたそれぞれの生物の個体数が増加する。

しかし、個体数の増加により各生物間での競争が激化するため、結果として生態系内の生物の種類数は減少してしまう。

２．炭素の循環

炭素は、二酸化炭素（CO₂）や有機物の形で生態系内を循環している。

有機物は、生産者・消費者・分解者の呼吸によって、最終的にCO₂に分解され、大気中に放出される。

３．窒素の循環

窒素は、窒素分子（N₂）や亜硝酸イオン（NO₂^-）、硝酸イオン（NO₃^-）、アンモニウムイオン（NH₄⁺）、アミノ酸やタンパク質の形で生態系内を循環している。

大気中の窒素（N₂）は、窒素固定細菌や根粒菌（マメ科植物に共生）、雷（空中放電）などのはたらきによってアンモニウムイオン（NH₄⁺）となる。

４．物質収支

生産者と消費者の物質収支

ここでの物質とは、生産者が合成した有機物のことを指し、生産者の光合成や消費者の捕食・被食による有機物の増加や減少をまとめたものを物質収支という。

 

・生産者における物質収支

純生産量 ＝ 総生産量 － 呼吸量

成長量   ＝ 純生産量 －（被食量 ＋ 枯死量）

・消費者における物質収支

同化量   ＝ 摂食量 － 不消化排出量

生産量   ＝ 同化量 － 呼吸量

成長量   ＝ 生産量 －（被食量 ＋ 死亡量）

生態ピラミッド

栄養段階ごとに、さまざまな数量（個体数・生物量・生産力）を調べ、栄養段階の低いものから高いものへ順に積み重ねて図示したもの。

個体数ピラミッドや生物量ピラミッドは、逆転することがある。（生産力ピラミッドは逆転しない。）