해양생태계의 광합성과 제한요인

광합성에 의한 식물의 기초생산은 해양생태계를 구성하는 모든 생물이 살아가는 필요한 에너지 공급의 기본을 이룹니다. 광합성은 식물이 생활하고 성장해가는 과정에서 이루어지기 때문에 탄산가스와 물 그리고 태양광선 외에도 식물의 몸체를 구성하는 데 필요한 여러 무기물질이 필요합니다. 이들 중 어느것이라도 부족하면 광합성이 원활하게 수행될 수 없습니다. 이렇게 필요한 물질들은 대부분 바닷물 속에서 풍부하게 존재하나, 질소계 화합물들과 인산염의 경우는 예외로서 표층 해수 속의 양이 매우 적어 식물의 광합성을 제한하는 요소가 됩니다.

 
이렇게 적은 양으로 존재하는 광합성의 필수 구성물질을 영양염류라 합니다. 한편 해양식물 중 가장 중요한 종류의 하나인 규조류는 그 껍질을 구성하는 규소의 공급이 부족할 경우 광합성을 통한 성장이 원활하지 않으며, 해수 속에 존재하는 규소의 양이 극히 적어 이것이 광합성을 제한하는 요인으로 작용하는 까닭에 규소도 영양염류로 취급됩니다. 한편 비록 해수속에 영양염류가 풍부하더라도 철이 결핍되면 광합성이 제약을 받는다는 사실이 근래의 연구 결과로 밝혀진 바 있습니다.

 
식물의 광합성이 빛이 필수적인 요소인 까닭에 해양식물의 분포와 광합성은 빛이 투과할 수 있는 깊이의 천해나 대양의 표층 유광대에 제한됩니다. 온대 해역에서 계쩔적인 태양일조량 변화는 기초생산의 계절변화를 일으키며, 태양빛을 적게 받는 극지방에서는 빛이 광합성의 제한 요인으로 작용 됩니다.


질산염이나 인산염같은 영양염류는 식물의 광합성으로 계속 소모되는 까닭에 대양의 표층 유광대에서는 대부분 부족한 상태에 있고 이는 광합성의 주된 제한요소로 작용합니다. 한편, 생물이 죽으면 박테리아에 의해 분해되면서 유기물에 포함된 영양염이 주위의 바닷물 속으로 다시 녹아나옵니다. 표층해서웨 녹아나온 영양염류는 다른 식물에 의해 흡수되어 이용되나 심층무광대에서는 소모되지 않는 까닭에 영양염류가 해수 속에 축척됩니다.

 
결과적으로 대양에서는 광합성이 가능한 표층해수에는 영양염류가 고갈되어 광합성이 제한되며, 깊은 곳의 해수는 빛이 도달하지 않는 까닭으로 광합성이 일어나지 않습니다. 따라서 영양염류가 풍부한 깊은 곳의 물이 표층으로 올라오는 용승해역은, 육지에서 영양염을 공급받는 연안해역과 함께 광합성에 의한 식물의 기초생산이 가장 활발한 해양 환경을 구성합니다. 일차생산이 활발한 해역에서는 식물 플랑크톤을 먹이로 하는 동물들이 번성하며, 따라서 인류가 식량으로 이용할 수 있는 수산물이 풍부하여 좋은 어장을 형성하게 됩니다.