바이오매스(생태학)

Biomass (ecology)
이 기사는 생태학적 척도에 관한 것입니다.재생 가능 에너지원은 바이오매스(에너지)를 참조하십시오.
전 세계적으로 살아있는 총 바이오매스는 약 5,500억 톤의 탄소로 추정되며,[1] 대부분이 숲에서 발견됩니다.
습지, 하구 및 산호초와 같은 얕은 수생 환경은 숲만큼 생산적일 수 있으며, 특정 지역에서 매년 비슷한 양의 새로운 바이오매스를 생성합니다.[2]

바이오매스는 주어진 시간에 주어진 지역이나 생태계에서 살아있는 생물체의 덩어리입니다.바이오매스는 한 종 이상의 종의 질량을 의미하는 종의 바이오매스 또는 지역사회의 모든 종의 질량을 의미하는 커뮤니티 바이오매스를 의미할 수 있습니다.미생물, 식물 또는 동물을 포함할 수 있습니다.[3]질량은 단위 면적당 평균 질량 또는 커뮤니티의 총 질량으로 나타낼 수 있습니다.

바이오매스를 측정하는 방법은 측정하는 이유에 따라 달라집니다.때때로, 바이오매스는 생물체가 있는 그대로의 자연적인 질량으로 간주됩니다.예를 들어, 연어 양식장에서 연어 바이오매스는 연어를 물 밖으로 꺼낼 경우 연어가 가질 수 있는 총 습중량으로 간주될 수 있습니다.다른 맥락에서 바이오매스는 건조된 유기 질량으로 측정될 수 있으므로 실제 무게의 30%만 계산할 수 있고 나머지는 물입니다.다른 목적으로는 생물학적 조직만 포함되며 치아, 뼈, 껍질은 제외됩니다.일부 응용 분야에서 바이오매스는 존재하는 유기적으로 결합된 탄소(C)의 질량으로 측정됩니다.

2018년에 Bar-On et al.은 지구상의 총 생 바이오매스를 약 5,500억 톤(5.5×1011)으로 추정했으며,[1] 대부분은 플랜트에 있습니다.1998 Field et.al .연간 바이오매스 순 1차 생산량을 1,000억 톤/년이 조금 넘는 것으로 추정했습니다.[4]박테리아의 총 살아있는 바이오매스는 한때 식물과 거의 비슷하다고 여겨졌지만,[5] 최근의 연구들은 그것이 상당히 적음을 시사합니다.[1][6][7][8][9]지구상의 DNA 염기쌍의 총 수는, 지구 생물 다양성의 가능한 근사치로서, (5.3±3.6)×10으로37 추정되며, 무게는 500억 톤입니다.[10][11]인위적 질량(인간이 만든 물질)은 2020년경에 지구상의 모든 살아있는 바이오매스를 넘어설 것으로 예상됩니다.[12]

생태 피라미드

에너지 피라미드는 다음 영양 수준을 지원하기 위해 위로 흘러갈 때 얼마나 많은 에너지가 필요한지를 보여줍니다.각 영양 수준 간에 전달되는 에너지의 약 10%만이 바이오매스로 전환됩니다.
주요 기사:생태 피라미드

생태 피라미드는 주어진 생태계에 대해 바이오매스 또는 생물학적 생산성과 영양 수준 사이의 관계를 보여주는 그래픽 표현입니다.

  • 바이오매스 피라미드는 각 영양 수준에서 바이오매스의 양을 보여줍니다.
  • 생산성 피라미드는 각 영양 수준에서 바이오매스의 생산량 또는 회전율을 보여줍니다.

생태 피라미드는 생태 공동체의 시간에 맞춰 스냅샷을 제공합니다.

피라미드의 아래쪽은 주요 생산지(자생식세포)를 나타냅니다.주요 생산자들은 햇빛이나 무기 화학물질의 형태로 환경으로부터 에너지를 받아 탄수화물과 같은 에너지가 풍부한 분자를 만드는 데 사용합니다.이 메커니즘을 1차 생산이라고 합니다.그리고 나서 피라미드는 다양한 영양 수준을 거쳐 꼭대기에 있는 최상위 포식자들에게 진행됩니다.

에너지가 한 영양 수준에서 다음 수준으로 전달될 때, 일반적으로 단지 10%만이 새로운 바이오매스를 만드는 데 사용됩니다.나머지 90%는 대사 과정에 들어가거나 열로 발산됩니다.이러한 에너지 손실은 생산성 피라미드가 반전되지 않는다는 것을 의미하며, 일반적으로 먹이 사슬을 약 6단계로 제한합니다.그러나, 바다에서는 바이오매스 피라미드가 전체적으로 또는 부분적으로 뒤집힐 수 있으며, 더 높은 수준에서 더 많은 바이오매스가 있습니다.

육상 바이오매스

상대 육상 생체량
척추동물 대 절지동물의

육상 바이오매스는 일반적으로 각 영양 수준(식물, 초식동물, 육식동물)에서 현저하게 감소합니다.육상 생산지의 예로는 풀, 나무, 관목 등이 있습니다.이 동물들은 사슴, 얼룩말, 곤충과 같이 이 동물들을 소비하는 동물들보다 훨씬 더 높은 바이오매스를 가지고 있습니다.가장 적은 생물량을 가진 수준은 여우와 독수리와 같은 먹이 사슬에서 가장 높은 포식자들입니다.

온대 초원에서는, 풀과 다른 식물들이 피라미드의 바닥에서 주요 생산지입니다.그리고 메뚜기, 들소, 들소와 같은 1차 소비자가 오고, 2차 소비자, 땃쥐, 매 그리고 작은 고양이가 그 뒤를 이을 것입니다.마지막으로 3차 소비자인 대형 고양이와 늑대.바이오매스 피라미드는 각 높은 수준에서 현저하게 감소합니다.

육상 생태계에서 식물 종의 변화는 토양 분해자 군집의 바이오매스 변화를 초래할 수 있습니다.[13]C3 및 C 식물4 종의 바이오매스는 CO의2 변화된 농도에 따라 변화할 수 있습니다.[14]C3 식물종은 CO 농도가 최대 900 ppm까지2 증가함에 따라 바이오매스에서 증가하는 것으로 관찰되었습니다.[15]

해양바이오매스

해양 먹이 사슬
(typical)
태양
↓
식물성 플랑크톤
↓
초식 동물성 플랑크톤
↓
육식성 동물성 플랑크톤
↓
필터 피더
↓
포식 척추동물
참고 항목:해양생물

해양 또는 해양 바이오매스는 육상 바이오매스와 반대로 더 높은 영양 수준에서 증가할 수 있습니다.바다에서 먹이사슬은 일반적으로 식물성 플랑크톤으로 시작하여 다음과 같은 과정을 따릅니다.

식물성 플랑크톤 → 동물성 플랑크톤 → 포식성 동물성 플랑크톤 → 필터 공급기 → 포식성 어류

먹이사슬망을 보여주는 해양 먹이사슬망
바이오매스 피라미드
지상의 바이오매스 피라미드와 비교했을 때, 수생 피라미드는 기저부에 반전되어 있습니다.
영향력 있는 박테리아인 프로클로로코커스

식물성 플랑크톤은 해양 먹이 사슬의 밑바닥에 있는 주요 생산자입니다.식물성 플랑크톤은 무기 탄소를 원형질로 전환시키기 위해 광합성을 사용합니다.그리고 나서 그것들은 보호주의 미세동물원 플랑크톤의 경우 직경 수 마이크로미터부터 거시적인 젤라틴과 갑각류 동물원 플랑크톤에 이르기까지 크기가 다양한 동물원 플랑크톤에 의해 소비됩니다.

동물성 플랑크톤은 먹이 사슬의 2급으로 이루어져 있으며 요각류와 크릴새우와 같은 작은 갑각류와 물고기, 오징어, 바닷가재, 게의 애벌레를 포함합니다.

결국, 작은 동물성 플랑크톤은 크릴새우와 같은 더 큰 포식성 동물성 플랑크톤과 학교에 다니는 작은 물고기인 먹이 물고기 모두에 의해 소비됩니다.이것은 먹이 사슬의 세 번째 단계를 구성합니다.

네 번째 영양 수준은 포식성 물고기, 해양 포유류, 먹이 물고기를 먹는 바닷새로 구성될 수 있습니다.예를 들면 황새치, 물개, 개네트 등이 있습니다.

바다표범을 잡아먹을 수 있는 범고래와 황새치를 잡아먹을 수 있는 짧은 지느러미 마코상어와 같은 최상위 포식자들은 다섯 번째 영양 수준을 차지합니다.흰긴수염고래는 동물성 플랑크톤과 크릴새우를 직접 섭취할 수 있고, 3~4개의 영양만 있는 먹이사슬로 이어집니다.

해양 환경은 역바이오매스 피라미드를 가질 수 있습니다.특히 소비자의 바이오매스(복족류, 크릴, 새우, 먹이 물고기)는 1차 생산자의 바이오매스보다 큽니다.이것은 바다의 주요 생산자들이 빠르게 자라고 번식하는 r 전략가인 작은 식물성 플랑크톤이기 때문에 작은 덩어리가 빠른 1차 생산 속도를 가질 수 있습니다.반대로 산림과 같은 지상 1차 생산자들은 느리게 성장하고 번식하는 K-전략가들이기 때문에 동일한 1차 생산 비율을 달성하기 위해서는 훨씬 더 큰 질량이 필요합니다.

해양 먹이 그물의 밑부분에 있는 식물성 플랑크톤 중에는 시아노박테리아라고 불리는 박테리아의 문에서 온 구성원들이 있습니다.해양 시아노박테리아는 알려진 가장 작은 광합성 생물을 포함합니다.가장 작은 프로클로로코커스는 지름이 0.5에서 0.8 마이크로미터에 불과합니다.[16]개개인의 숫자로 볼 때, 프로클로로코커스는 아마도 지구상에서 가장 풍부한 종일 것입니다: 바닷물 1밀리리터는 100,000개 이상의 세포를 포함할 수 있습니다.전 세계적으로, 수 천27 억 명의 사람들이 있을 것으로 추정됩니다.[17]프로클로로코커스는 40°N에서 40°S 사이에 어디에나 존재하며 해양의 올리고트로피 (영양소가 부족한) 지역에서 지배적입니다.[18]그 박테리아는 지구 대기 중 산소의 약 20%를 차지하며, 해양 먹이 사슬의 기초의 일부를 형성합니다.[19]

박테리아 바이오매스

박테리아와 고균은 모두 원핵생물로 분류되며, 그들의 바이오매스는 일반적으로 함께 추정됩니다.원핵 생물의 전 세계 바이오매스는 박테리아가 지배하는 [20]약 300억 톤 C로 추정됩니다.[1]

지리적 위치 셀수(x1029) 10억 톤의 탄소
오픈오션
1.2[1][5]
1.6[1] ~ 2.2[5]
해저면
5[20]
10[20]
지상토양
3[1]
8[1]
지층하면
2에서 6까지[20]
4에서 12까지[20]
총
11에서 15까지[20]
23에서 31까지[20]

원핵 생물의 전 세계 생물량 추정치는 더 많은 데이터를 이용할 수 있게 됨에 따라 최근 수십 년간 크게 변화했습니다.1998년에[5] 많이 인용된 연구는 다양한 자연 환경에서 박테리아와 고균의 풍부함(세포 수)에 대한 데이터를 수집했고, 그들의 총 바이오매스를 3,500~5,500억 톤 C로 추정했습니다.이 방대한 양은 모든 식물의 탄소량과 비슷합니다.[1][5]박테리아와 고균의 대부분은 해저 깊은 곳이나 깊은 육지 생물권(대륙 대수층 깊은 곳)의 퇴적물에 있는 것으로 추정되었습니다.그러나 2012년 연구에서 보고된 업데이트된 측정치는 심해저 퇴적물의 계산된 원핵 생물 바이오매스를 원래 ≈ 3,000억 톤 C에서 ≈ 40억 톤 C(범위 15-220억 톤)로 감소시켰습니다.이 업데이트는 원핵생물의 풍부함과 그들의 평균 몸무게에 대한 훨씬 더 낮은 추정치에서 비롯되었습니다.

2018년 5월 PNAS에서 발표된 센서스에 따르면 전 세계 박테리아 바이오매스는 ≈ 700억 톤 C로 추정되었으며, 이 중 ≈ 600억 톤은 지상 심층 지표면에 있습니다.또한 고세균의 전 세계 바이오매스량을 ≈70억 톤 C로 추정했습니다.2018년에 출판된 딥 카본 천문대의 이후 연구는 훨씬 더 큰 측정 데이터 세트를 보고했으며, 심층 지구 생물권의 총 바이오매스 추정치를 업데이트했습니다.이 새로운 지식과 이전의 추정치를 사용하여 박테리아와 고균의 전세계 바이오매스를 23-310억 톤 C로 업데이트했습니다.[20]전 세계 바이오매스의 약 70%가 깊은 해저에서 발견된 것으로 추정됩니다.[7][21]전 세계적으로 추정되는 원핵 세포의 수는 11-15 × 10개로29 추정되었습니다.[20]이 정보를 가지고 2018년 5월 PNAS 기사의 저자들은 원핵 생물의 전 세계 바이오매스 추정치를 딥 카본 천문대 추정치와 비슷한 ≈300억 톤 C로 수정했습니다.

이러한 추정치는 제한된 데이터를 기반으로 한 평균 세포 바이오매스 수치를 사용하여 전 세계 원핵 생물의 풍부함을 전 세계 바이오매스로 변환합니다.최근의 추정치는 지표면과 육상 서식지의 세포당 평균 약 20-30 펨토그램 탄소(fgC)의 세포 바이오매스를 사용했습니다.[1][20][23]

전지구 바이오매스

외부이미지
image icon 생명의 바이오매스를 시각화

전 세계 바이오매스의 총합은 약 5,500억 톤 C로 추정됩니다.[24][1] Bar-On et al. 의 2018년 연구에 근거하여, 아래 표의 왕국별로 지구 바이오매스를 분석합니다.[1]

킹덤 전 세계 탄소량 10억 톤에 달하는 전 세계 바이오매스 전 세계 건조 바이오매스(10억 톤) 전 세계 습윤 바이오매스(10억 톤) 이미지
플랜태
450[1]
900
2700
박테리아 + 고균
30[20][22]
60
200
곰팡이
12[1]
24
80
프로티스타
4[1]
8
25
애니멀리아
2[1]
4
13
총
500
1000
3000
인간과 그들의 가축은 지구상의 모든 포유동물의 96%를 차지하는 반면, 모든 야생 포유동물은 4%[1]에 불과합니다.

동물은 지구 전체 바이오매스의 0.5% 미만을 차지하며, 총 20억 톤의 C를 차지합니다.대부분의 동물 바이오매스는 바다에서 발견되는데, 요각류와 같은 절지동물이 약 10억 톤의 C를 차지하고 물고기가 또 다른 0.7억 톤의 C를 차지합니다.[1]세계 어류의 바이오매스량의 대략 절반은 랜턴피쉬와 같은 메조피쉬이며,[25] 하루의 대부분을 깊고 어두운 물에서 보냅니다.[26]고래와 돌고래와 같은 해양 포유류는 약 0억 6천만 톤의 C를 차지합니다.[27]


육상 동물은 약 5억 톤의 C, 즉 지구상 동물의 바이오매스의 약 20%를 차지합니다.[1]육상 절지동물은 약 1억 5천만 톤의 C를 차지하며, 대부분은 표토에서 발견됩니다.[28]육상 포유류는 약 1억 8천만 톤의 C를 차지하며, 대부분 인간(약 8천만 톤의 C)과 가축(약 9천만 톤의 C)입니다.야생 육상 포유류는 약 3백만 톤의 C만을 차지하는데, 이는 육지의 전체 포유류 바이오매스의 2%에도 미치지 못합니다.[27]

세계적인 바이오매스는 왕국별로 분류되어 동물 분류군으로 분류됩니다.[1]박테리아와 고균의 추정치는 이 수치가 만들어진 이후로 300억 톤 C로 갱신되었습니다.[20]

전 세계 바이오매스의 대부분은 육지에서 발견되며, 바다에서는 50~100억 톤의 C만 발견됩니다.[24]육지에는 동물성 바이오매스(동물성 바이오매스)보다 약 1,000배 많은 식물성 바이오매스(식물성 바이오매스)가 있습니다.[29]이 식물 바이오매스의 약 18%가 육지 동물들에 의해 소비됩니다.[30]그러나 해양생물은 대부분의 해양오토트로피를 먹으며, 해양생물의 바이오매스는 해양오토트로피보다 많습니다.

Nature에 게재된 2020년 연구에 따르면, 플라스틱만으로도 모든 육상 및 해양 동물을 합친 것보다 더 많은, 인간이 만든 물질, 즉 인위적 질량이 지구상의 모든 생물학적 바이오매스보다 더 많습니다.[31][12][32]

이름. 종수 견적일자 개인수 개인의 평균 생활량 비율 바이오매스(dried) 전 세계 건조 바이오매스(100만 톤) 전 세계 습윤 (신선한) 바이오매스(100만 톤)
지상파
인간
1
2022년11월
80억[33]
50kg
(어린이 포함)[34]
40%[35]
160
400[27]
2005
성인 46억 3천만명
62kg
(excl. 어린이)
287[36]
소
1
2021
15억[37]
300kg
30%
125
416[27]
양
1
2021
13억[37]
30kg
30%
12
39[27]
염소
1
2021
11억[37]
30kg
30%
10
32[27]
치킨스
1
2021
260억
보일러용 0.9kg[38], 층용 1.8kg
30%
8[1]
25
개미들
15,700[39]
2022
20-90*1015[39]
3.7 mg[28]-5.5 mg[39]
22.8%[40]
10–100[39]
40-450
지렁이
7,000-30,000[41]
2016
10mg (건량)[42]
10-25%[43]
400[1]
1,600
흰개미
2,972[citation needed]
2022
2mg[40]
27%[40]
100[28][44]
440[45]
마린
흰긴수염고래[46]
1
포경전
340,000
40%[47]
36
2023
50,000[27]
6만kg
40%[47]
1.2
3[27]
물고기.
>20,000[48]
2022
30%[49]
3,000
9,000[26]
남극 크릴새우
1
2008
7.8x1014[50]
0.486g[50]
379(성수기)[50]
요각류
(동물원 플랑크톤)
13,000
10-10kg−6−9
시아노박테리아
(피코 플랑크톤)
?
2003
1,000[51]

글로벌생산율

전 세계적으로 육상 및 해양 서식지는 매년 비슷한 양의 새로운 바이오매스를 생산합니다(564억 톤 C 육상 및 485억 톤 C 해양).

순 1차 생산은 주로 광합성으로 인해 새로운 바이오매스가 생성되는 속도입니다.위성 관측을 통해 전 세계 1차 생산량을 추정할 수 있습니다.인공위성은 지상 서식지의 정규화된 차이 식생 지수(NDVI)를 스캔하고 바다 위의 해수면 엽록소 수치를 스캔합니다.이에 따라 육상 1차 생산의 경우 564억 톤 C/yr(53.8%), 해양 1차 생산의 경우 485억 톤 C/yr이 발생합니다.[4]따라서 지구의 광자위축 1차 총 생산량은 약 1,049억 톤 C/yr입니다.이는 육지 생산의 경우 약 426 gC/m2/yr, 해양의 경우 약 140 gC/m2/yr을 의미합니다.

그러나 연간 총 생산량의 거의 절반을 차지하는 반면, 해양성 자가영양생물은 전체 바이오매스의 약 0.2%에 불과합니다.

지상 담수 생태계는 전 세계 순 1차 생산량의 약 1.5%를 차지합니다.[52]

생산율 순서대로 전세계 바이오매스 생산자들은

프로듀서 바이오매스 생산성
(gC/m2/yr)		 참조 총면적
(백만 km2)		 참조 총생산량
(10억 톤 C/yr)
늪과 습지 2,500 [2] 5.7 [53]
열대 우림 2,000 [54] 8 16
산호초 2,000 [2] 0.28 [55] 0.56
녹조층 2,000 [2]
강어귀 1,800 [2]
온대림 1,250 [2] 19 24
경작지 650 [2][56] 17 11
툰드라 140 [2][56] 11.5-29.8 [57][58]
오픈오션 125 [2][56] 311 39
사막 3 [56] 50 0.15

참고 항목

참고문헌

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