작품번호

84

제55회 경기도과학전람회

pH가 생물의 성장에

미치는 영향

출품분야 학생부 출품부문 농림수산

2009. 5. 11

시․군 학 교(소 속)

학 년(직 위) 성 명

광주시 탄벌초등학교 5 박찬영

지도교사 탄벌초등학교 교 사 양지웅

목 차

Ⅰ. 연구의 동기 1

Ⅱ. 연구 문제 1

Ⅲ. 이론적 배경 1

Ⅳ. 연구 가설 3

Ⅴ. 연구 기간 3

Ⅵ. 연구 내용 및 결과 4

가. pH가 식물의 성장에 미치는 영향 4

1). pH가 고구마의 성장에 미치는 영향 4

2). pH가 강낭콩의 성장에 미치는 영향 10

나. pH가 동물의 성장에 미치는 영향 16

1). pH가 금붕어의 성장에 미치는 영향 16

Ⅶ. 결론 23

Ⅷ. 더 연구하고 싶은 점 24

Ⅸ. 자료출처 24

1

pH가 생물의 성장에 미치는 영향

1. 연구동기

책을 읽다가 산성과 염기성이라는 내용을 알게 되었다. ‘산성’하면 산성비만 떠올랐는데,

연구를 진행하던 중 알칼리수가 우리 인체에 좋다는 의견을 접하게 되었다. 그래서 요즘

에 이온제품이 많다고 생각을 하여 보았다. 하지만 의학계에선 그렇지 않다고 한다. 그

래서 이번 기회에 산성수와 알칼리수가 생물에게 어떠한 영향을 주는지 직접 확인해 보

고자 한다.

2. 연구문제

가. 물의 pH가 변함에 따라 식물의 수경재배와 화분재배는 어떤 차

이가 있을까?

1) pH 변화에 따른 고구마 기르기 실험을 하면 어떤 경우에 잘 자랄까?

(수경재배)

2) pH의 변화에 따른 강낭콩 기르기 실험을 하면 어떤 경우에 잘 자랄

까? (화분재배)

나. 물의 pH가 변함에 따라 동물의 생장은 어떤 차이가 있을까?

1) 금붕어가 사는 공간에 pH가 다른 물을 주면 어떨 때 잘 자랄까?

3. 이론적 배경

가. pH란?

- 용액의 산성도를 가늠하는 척도. potential of Hydrogen 의 약자이다. 산과 염기의 세

기는 pH(수소이온농도) 수치로 나타낸다. pH 수치는 0~14까지로 표시하는데, 순수한

물은 중성인 pH 7이며 그보다 낮으면 산성, 높으면 염기성으로 나눈다.

나. 이온수기란?

- 물을 전기분해하여 이온화 시키는 기구.

원리는 전해조에 물을 넣고 음극과 양극 사이에 격막을 설치하고 직류 전기를 흘려

물을 전기분해하는 것이다. 음극에는 칼슘이온, 마그네슘이온, 칼륨이온, 나트륨 이온

등 알칼리성 이온 등이 모여 알칼리수가 된다. 양극에는 염화이온, 황 이온 등 산성

이온이 모여 산성수가 된다.

2

다. 왜 알칼리이온수가 좋은가?

- 과연 알칼리 이온 수는 좋은 것인가의 문제는 인체의 근본기능과 알칼리이온수의 성

질과 부합 하느냐에 있을 것이다. 인체에서 물질대사가 집중적으로 일어나는 기관은

소화 기관이라 할 것이다. 소화 기관 중 가장 중심적 역할을 하는 장에는 100종류 이

상의 100조마리나 되는 장내 미생물이 살고 있다. 이 장내 미생물은 서로가 적절한

균형을 이루면서 소화효소를 만들어 소화 작용을 돕고 있다. 따라서 이러한 장내미생

물에게 얼마나 좋은 생존조건을 만들어 주느냐가 생명현상을 최상의 상태로 유지하

는 조건이 되는 것이다. 인체의 여러 기관 중에서 외부생명체가 서식하는 기관은 장

을 빼고는 없다. 장에서 장내 플로라(세균총)의 최적조건은 적정온도(정상체온), 적정

pH(pH 7~9), 알칼리 이온 수는 적정 pH를 유지해주고, -238mv를 유지해 주므로서

장내 미생물에게 최적의 환경을 조성하여 음식물이 정상 발효될 수 있는 조건을 만

들어 준다.

라. 수조안의 생물학적 여과란?

- 수조는 하나의 닫혀 진 작은 계(closed system)이므로 어류가 살 수 있는 환경을 최

적화시키는 방법에 대해 설명하자면, 여과에는 물리적 여과 ,기계적 여과, 화학적 여

과, 생물학적 여과 방법이 있다. 여기서는 생물학적 여과에 대하여 알아보고자 한다. 수

조안에서 생활하는 어류의 배설물이나 먹이찌꺼기가 부패될 때 물속에 해로운 가스(암

모니아)가 발생하게 된다. 수조속의 암모니아는 pH가 산성인 경우 암모늄(NH4)의 형태로

존재하므로 어류에게 결정적으로 치명적이지는 않지만 어류를 결국은 죽게 하는 원인을

제공하게 된다. 또 pH가 알칼리 수일 경우는 암모니아로 변하게 되므로 더욱 치명적이

된다. 그런데 다행스럽게도 물속에는 유해한 암모니아를 아질산(NO2)으로 바꿔주는 일련

의 호기성박테리아의 한 종인 니트로소머나스가 있다. 이 아질산도 어류에게 해로우므로

허용농도가 넘으면 결국 죽음에 이르게 한다. 그러나 다행스러운 것은 이 유해한 아질산

을 질산염(NO3)으로 바꾸어 주는 니트로벡터박테리아가 있다. 이 질산염은 수초에 의하

여 분해가 된다. 질산염의 수치도 높을 경우에는 어류에게 해가 될 수 있다. 이와 같은

호기성 박테리아에 의한 질소분해과정을 질소순환사이클이라고 한다. 화학식으로 적어보

면 다음과 같다.

니트로소머나스 니트로벡터박테리아

NH3 ----------------->No2 --------------------> No3

초기어항 세팅 시 수조는 생물학적으로 불안한 상태이므로 물이 뿌옇게 되거나, 어

류가 이유 없이 죽는 경우를 볼 수 있다. 이러한 경우 질병이 발생한 것으로 착각하여 약

물을 투여하다 보면 물이 더욱 뿌옇게 변하고 정말 짜증나는 일이 생긴다. 이러한 경우를

해결하려면 자연적인 호기성박테리아로 인한 질소순환사이클이 이루어지도록 최저 15일

이상을 지내야 한다. 하지만, 현재는 유전공학이나 세균배양 학이 발달하여 인위적인 호

기성박테리아 대량번식이 가능해졌고, 제품으로도 판매가 되므로 사용하면 된다.

3

4. 연구가설

가. 1) pH 변화에 따른 고구마 기르기 실험을 하면 어떤 경우에 잘 자랄

까? (수경재배)

- 대부분의 식물은 산성이나 염기성일 때 보다는 중성물일 때 조직이 파괴되지 않아

서 싹이 잘 트고 자랄 것이다. 하지만 고구마는 알칼리성 식품이지만 고구마도 역시 중성

물에서 잘 자랄 것이다.

2) pH의 변화에 따른 강낭콩 기르기 실험을 하면 어떤 경우에 가장

잘 자랄까? (화분재배)

- 콩과식물은 약산성인 조건에서 잘 자란다고 하는데, 강낭콩도 그럴 것이다.

나. 금붕어가 사는 공간에 pH가 다른 물을 주면 어떨 때 잘 자랄까?

- 금붕어가 수조안에서 배설물이나 먹이찌꺼기가 부패될 때 암모니아라는 물속에 해

로운 가스가 발생하게 된다. 만약 pH가 알칼리수일 경우 암모니아가 염기성이기 때문에

더 악화되어 치명적이게 되지만 pH가 산성일 경우 암모니아 가스 때문에 점점 중성화가

되어 잘 자랄 수 있을 것이다.

5. 연구기간 : 2008년 5월 10일 ~ 2008년 10월 31일

4

6. 연구내용 및 결과

가. 1) pH 변화에 따른 고구마 기르기 실험을 하면 어떤 경우에 잘 자랄

까? (수경재배)

가) 연구내용

(1) 식초와 요소를 이용한 물의 pH 맞추기

(가) 준비물 : 각 pH용액(pH 4.09, pH 7.57, pH 9.65), 고구마 9개, 비커9개

(나) 연구방법

① 비커에 pH가 다른 물을 각각 150씩 붓는다.

② 고구마를 비커 속에 넣는다.

③ 뿌리가 잘 자랄 수 있도록 햇볕이 잘 드는 곳에 놓아둔다.

④ 1~2일에 한번 씩 물을 갈아주면서 관찰한다.

(다) 변인통제

① 독립변인 : pH가 다른 물의 종류

② 종속변인 : 고구마의 성장

③ 통제변인 : 물의 양, 온도, 햇빛의 양

나) 연구결과

(1) 기간 : 5월 25일 ~ 6월 9일 (16일간 실험 진행)

pH 4.09 pH 7.57 pH 9.65

5/25 실험 시작 실험 시작 실험 시작

5/27

A : 싹눈이 생김

B : 싹눈이 생김

C : 변화 없음

A : 싹눈이 생김

B : 싹눈이 생김

C : 변화 없음

A : 변화 없음

B : 흰 곰팡이 생김

C : 변화 없음

6/1

A : 2군데 싹 틈

B : 2군데 싹 틈

C : 변화 없음

•흰곰팡이가 조금 생김

A : 6군데 싹 틈

B : 3군데 싹 틈

C : 변화 없음

• 3가지 모두 거무스

름하게 변하며 흰곰팡이

가 생김

6/6

A : 싹이 트고 뿌리도

생겨 남

B : 싹이 조금 나옴

C : 변화 없음

• A, B만 실험 진행

A, B : 싹은 나오지 않

고 뿌리만 나옴

C : 변화 없음

•산성보다 뿌리의 자람

이 약함

• A, B만 실험 진행

• 3가지 모두 싹과 뿌

리가 나지 않고 고구마

는 검은색이 되어감.

•물에서도 독한 냄새가

남

• 실험 종료

6/9

A : 싹이 조금 더 자라

고 뿌리도 많이 자람

B : 전에 비해 변화 없

음

A, B : 싹이 조금 나오

고 뿌리는 많이 자람.

5

(2) 결 과

① 고구마는 산성과 중성인 물에서 자랄 수 있다.

② 산성인 물에서 뿌리와 싹이 잘 자람을 볼 수 있다.

③ 의외로 중성 물에서는 뿌리는 잘 자랐으나 싹은 잘 나오지 않았다.

④ 알칼리 수에서는 싹은 물론 뿌리도 자라지 않았고 고구마에 흰 곰팡이가

생기며 검게 변하여서 고구마가 자랄 수 없음을 알 수 있었다.

사진1. pH 7.57 A의 모습

(3) 관찰결과를 통해 생각해 볼 점

① 산성수와 알칼리수를 식초와 요소로 맞추어서 실험을 하였는데, 너무 강

산, 강염기성 물이여서 실험결과가 좋지 않았는지?

- 이온수기를 이용한 물로 정확히 다시 실험해 보기로 함.

다) 연구내용

(1) 이온수기를 통한 물의 pH 맞추기

(가) 준비물 : 각 pH용액 (pH5.67, pH5.76, pH6.29, pH7.25, pH8.83, pH9.73),

고구마 18개, 비커 18개

(나) 연구방법

① 비커에 pH가 다른 물을 각각 150씩 붓는다.

② 고구마를 비커 속에 넣는다.

③ 뿌리가 잘 자랄 수 있도록 햇볕이 잘 드는 곳에 놓아둔다.

④ 1~2일에 한번 씩 물을 갈아주면서 관찰한다.

⑤ 줄기가 많이 자라면 끈으로 줄기를 감아준다.

사진2. 실험시작 모습

6

pH5.67 pH5.76 pH6.29 pH7.25 pH8.83 pH9.73

6/6 0 0 0 0 0 0

6/17 0.5 1 7 5 10 10

6/20 0.7 3.7 10 6.2 12 11

6/23 0.7 4 13 10 16 13

6/26 종료 14 14 19 25 13

6/30 16 16 22 30 18

7/3 18 22 23 33 19

7/7 22 27 23 34 20

7/15 23 29 종 료 40 20

pH5.67 pH5.76 pH6.29 pH7.25 pH8.83 pH9.73

<그래프1. 뿌리관찰>

0

20

40

60

cm

7/15

pH5.67 pH5.76 pH6.29 pH7.25 pH8.83 pH9.73

<그래프2. 최종 뿌리길이 관찰>

(다) 변인통제

① 독립변인 : pH가 다른 물의 종류

② 종속변인 : 고구마의 성장

③ 통제변인 : 물의 양, 온도, 햇빛의 양

라) 연구결과

(1) 기간 : 6월 6일 ~ 7월 15일

(가) 뿌리관찰

- 표1. 고구마 뿌리관찰 - <단위 : cm>

7

pH 5.67 pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73

6/6 0 0 0 0 0 0

6/17 0.1 2 1.5 0.1 2 0.1

6/20 0.1 5 6.7 1 8 3

6/23 0.5 7 12 4 25 7

6/26 0.7 11 25 4 67 13

6/30 4 44 65● 13★ 107● 54

7/3 8 77● 108 17 150 76●

7/7 18 98★ 170★ 50 250★ 150★

7/15 28 99 221 79 262 232

● : 줄기가 길어져서 감기 시작, ★ : 줄기 마디에서 뿌리가 나옴

pH5.67 pH5.76 pH6.29 pH7.25 pH8.83 pH9.73

<그래프3. 줄기관찰>

pH5.67 pH5.76 pH6.29 pH7.25 pH8.83 pH9.73

<그래프4. 최종 줄기 길이 비교>

- 뿌리관찰 결과 pH 8.83인 약염기성 물에서 뿌리가 가장 잘 자라났다. 그 다음으로는

pH 6.29 약산성에서 뿌리가 잘 자람을 볼 수 있다. 하지만 pH 5.67은 뿌리가 조금 나오다

가 자라지 않아서 실험을 중간에 종료시켰고, pH 7.25인 중성에서는 뿌리가 잘 자랐으나

실험후반기가 되자 물에서 썩은 냄새가 나서 막판에 실험을 종료시켰다.

(나) 줄기관찰

- 표2. 줄기 관찰 - <단위 : cm>

- 줄기 역시 pH 8.83인 약염기성 물에서 가장 잘 자람을 볼 수 있었다. 그 다음으로는

8

pH5.67 pH5.76 pH6.29 pH7.25 pH8.83 pH9.73

6/6 0 0 0 0 0 0

6/26 0 3 6 4 9 6

6/30 1.5 5.5 7 7 9 8.5

7/3 3 9 8 7.5 9 8.5

7/7 4 10 8.5 7.5 9 9

7/15 4 10 8.5 7.5 10 9

pH5.67 pH5.76 pH6.29 pH7.25 pH8.83 pH9.73

<그래프5. 잎 너비 관찰>

0

5

10

15

cm

0

5

10

15

7/15

10

4

pH5.67 pH5.76 pH6.29 pH7.25 pH8.83 pH9.73

<그래프6. 최종 잎너비 비교>

pH 9.73, pH 6.29 순으로 잘 자랐다. 줄기가 길어져서 실험 도중 줄기를 끈을 마련하여

감도록 해주었는데 pH 5.67의 경우 줄기가 많이 자라지 않아서 끈이 필요치 않았다. 뿌리

관찰과 마찬가지고 약염기성 물에서 줄기가 잘 자람이 확인되었다.

(다) 잎 너비 관찰

- 표3. 잎 너비 관찰 - <단위 : cm>

- pH 5.67인 경우만 제외하고 다른 pH에서는 어느 정도 잎의 너비가 잘 자람을 볼 수

있다. 그러나 역시 pH 8.83인 약염기성에서 잎이 잘 자람을 알아 볼 수 있었다. 실험 후

반으로 갈수록 잎의 자람에는 한계가 있고 잎이 시들고 떨어지는 바람에 실험상 어려움

이 있었다.

9

(2) 실험 사진과 일기

<6월 26일>

① pH 5.67(B), pH 6.29(A), pH 9.73(A) 는 실험이 진행되지 않아서 실험 종료시킴

사진3. 실험 종료 시킨 고구마들

<6월 30일>

① 줄기가 많이 자라난 것은 감기 시작함...

사진4. pH 8.83 줄기 감는 모습

<7월 7일>

① 줄기마다 뿌리가 나옴.

② 잎이 누래지고 시듦.

③ pH 7.25(C) : 고구마가 썩고 물에서 썩은 냄새가 남.

사진5. 줄기에서 뿌리가 남 사진6. 잎이 시듦 사진7. pH 7.25에서 고구마가

썩음

10

<7월 15일>

① 줄기가 너무 많이 자라고 꽃과 열매를 얻을 수 없기에 실험을 종료함

② pH 8.83인 약염기성에서 뿌리, 잎, 줄기가 가장 잘 자람을 알 수 있다.

사진8. 가장 잘 자란 pH 8.83 사진9. 40여일동안 함께한 고구마와 한방 찰칵!

(3) 결 과

① pH 8.83인 알칼리 수에서 고구마의 뿌리, 줄기, 잎이 가장 잘 자랐다.

② pH 5.67, pH 5.76, pH 9.73인 물에서는 싹이 잘 나지 않고, 뿌리도 잘 자라지

않았다.

③ pH 7.25인 중성 물에서는 비교적 잘 자라는 듯 했으나 고구마가 썩으며 물에

서 냄새도 심하게 났다.

④ 고구마는 pH 8.83인 약알칼리 수에서 잘 자란다는 것을 알 수 있었다.

가. 2) pH의 변화에 따른 강낭콩 기르기 실험을 하면 어떤 경우에 잘 자랄

까? (화분재배)

가) 연구내용

(1) 준비물 : 강낭콩18개, 각 pH용액(pH 5.67, pH 5.76, pH 6.29, pH 7.25,

pH 8.83, pH 9.73), 화분18개, 건강한 흙, 물빠짐용 돌

(2) 연구방법

① 화분바닥에 물빠짐용 돌을 놓는다. (각 pH를 A, B, C로 구분함)

② 흙을 적당량 넣는다.

③ 화분흙에 강낭콩을 2개씩 넣고 흙을 덮는다.

④ 하루에 한 번씩 pH가 다른 물을 200씩 준다.

⑤ 강낭콩의 변화를 관찰한다.

(3) 변인통제

① 독립변인 : pH가 다른 물의 종류

② 종속변인 : 강낭콩의 성장

③ 통제변인 : 물의 양

11

pH

5.67

pH

5.76

pH

6.29

pH

7.25

pH

8.83

pH

9.73

pH

7.25

(B)

6/6 0 0 0 0 0 0 0

6/20 0 0.5 0 0 1 0.5 0.2

6/23 21 14 15 8 15 17 6

6/26 41 41 38 28 40 33 7

6/30 80 79 77 65 80 64 28

7/3 98 113 112 85 100 83 55

7/7 121 160 152 116 115 111 73

7/15 182 214 215 184 148 159 96

pH 5.67 pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73 pH 7.25

<그래프7. 줄기관찰>

pH 5.67 pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73

<그래프8. 최종 줄기길이 비교>

나) 연구결과

(1) 기간 : 6월 6일 ~ 7월 15일

(가) 줄기 관찰 결과

① pH 5.76(A) 와 pH 6.29(A)는 싹이 나오지 않아서 실험 종료.

② 7월 15일 이후부터는 줄기가 너무 많이 자라고 서로 엉켜서 측정불가.

③ 실험최종결과 꼬투리를 얻을 수 있었던 pH 7.25(B)를 따로 비교함.

④ pH 5.76과 pH 6.29인 산성물에서 줄기가 잘 자람을 볼 수 있다.

- 표4. 줄기관찰 - <단위 : >

12

pH 5.67 pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73pH 7.25

(B)

6/6 0 0 0 0 0 0 0

6/26 10 10 9.5★ 8 10.5 9★ 7

6/30 12 12 11 9.5 12 10 8

7/3 12☆ 12.5 11● 10 12☆ 10 8☆

0

5

10

15

cm

0

5

10

15

6/6 6/26 6/30 7/3

날짜

pH 5.67 pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73 pH 7.25

<그래프9. 잎의 너비 관찰>

0

2

4

6

8

10

12

14

cm

0

2

4

6

8

10

12

14

7/3

pH 5.67 pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73

<그래프10. 최종 잎의 너비 비교>

(나) 잎의 너비 관찰결과

① 잎이 시간이 갈수록 갈라지고, 흰 반점이 생기는 등 병들어서 끝까지 관찰하지

못함.

② 잎의 너비는 큰 차이는 없었으나 pH 5.67, 5.76, 8.83에서 잘 자람.

- 표5. 잎의 너비 관찰 - <단위 : >

(★ : 잎의 끝이 병듦 ● : 잎 끝이 갈라짐 ☆ : 잎에 흰 반점이 생김)

13

pH 5.67 pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73pH 7.25

(B)

6/6 0 0 0 0 0 0 0

6/30 5 8 8 8 8 8● 8

7/3 14 14 14 11 11 11 11

7/7 17 20 20 17 17 17 19★

7/15 26 32 29 26 23 26 29

0

30

60

cm

0

30

60

6/6 6/30 7/3 7/7 7/15

날짜

pH 5.67 pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73 pH 7.25

<그래프11. 잎의 개수 관찰>

0

5

10

15

20

25

30

35

cm

0

5

10

15

20

25

30

35

7/15

pH 5.67 pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73

<그래프12. 최종 잎의개수 비교>

(다) 잎의 개수 관찰 결과

① pH 5.76과 pH 6.29인 산성물에서 잎이 개수가 많음을 볼 수 있다.

② 강낭콩은 원래 잎자루마다 잎이 3장씩 나는데, pH 7.25(B)에서는 잎자루에서

4~5장짜리 잎이 나오는 것을 볼 수 있었다.

③ 강낭콩은 잎차례가 어긋나기이나 pH 9.73에서는 마주나기를 관찰할 수 있었다.

- 표6. 잎의 개수 관찰 - <단위 :장>

(● : 한 잎자루에 2가지가 자라서 잎이 6장으로 보임 ★ : 한 잎자루에 잎이 4장, 5장 나옴)

14

(라) 실험 사진과 일기

<6월 26일>

① pH 6.29와 pH 9.73에서 잎이 갈라지고 잘 자라지 못함.

② 화분마다 씨를 2개씩 심었으나 1개만 싹이 나와서 자라는 화분도 보이고, 잘 자라고

있다.

사진10. 잎이 병든 모습 사진11. 자라는 모습

<6월 30일>

① 줄기가 길어져서 감기 시작함.

② pH 9.73에서는 한 마디에 2개의 잎자루가 나옴. 잎차례가 어긋나기가 아닌 마주나기

로 보임.

사진12. 줄기 감는 모습 사진13. 마주나기

<7월 7일>

① 보통 잎자루마다 3장의 잎이 나는데, pH 7.25에서는 하나의 잎자루에 잎이 4장, 5장

짜리가 나옴.

사진14. pH 7.25의 잎 모습

15

A B C

7월 25일 × 5군데 꽃이 핌 ×

7월 29일 × 꼬투리 2개 생김 ×

7월 30일 × 꼬투리 5개 생김 ×

8월 1일 × 꼬투리 7개 생김 ×

8월 10일 × 꼬투리 3개 수확 ×

(마) 꽃과 꼬투리의 관찰 결과

- 표7. pH 7.25의 변화과정 -

사진15. 개화 사진16. 꼬투리의 모습 사진17. 검은 진딧물

① pH 7.25(B)에서만 꽃이 피고, 나머지는 꽃이 피지 않음.

② 대부분의 강낭콩 줄기가 너무 많이 자라고 서로 엉켜서 길이를 측정할 수 없음.

③ 모든 잎에 진딧물 생김. (며칠 됨)

④ 꽃이 피었던 자리에 꼬투리가 생김

⑤ 3개의 수확한 강낭콩의 알맹이가 제대로 영글지 않음.

⑥ 휴가 때문에 물을 주지 못해서 그동안 잎이 다 말라버려서 실험을 종료함.

사진18. 수확한 꼬투리

(2) 결 과

① pH 5.76, pH 6.29인 산성물에서 줄기와 잎이 잘 자랐다.

② pH 8.83, pH 9.73인 염기성물에서는 줄기의 길이도 산성에 비해서 짧고, 잎에

반점이나 잎의 끝이 갈라지는 현상을 볼 수 있었고, 어긋나기인 잎이 마주나기

로 자라는 등 이상 현상이 있었다.

③ 의외로 중성인 pH 7.25에서 강낭콩을 수확할 수 있었다.

16

pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73

금붕어

수5 5 6 6 5

pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73

물갈이후

활동

정도

평온 활발 활발 활발수면으로

모여듦

나. 금붕어에게 pH가 다른 물을 주면 어떨 때 잘 자랄까?

1) 연구내용

가) 준비물 : 금붕어 27마리, 각 pH용액(pH 5.76, pH 6.29, pH 7.25pH 8.83,

pH 9.73), 자갈, 돌, 수조5개(2.5용), 산소발생기, 먹이, 수질개선제, 박테

리아활성제, 뜰채, 정식수조 set(측면여과기, 35수조, 바닥재, 수초,

수돗물)

나) 연구방법

(1) 수조에 모래나 돌을 적정량 채운다.

(2) 수돗물을 2.5씩 넣고 수질개선제와 박테리아활성제를 적정량 넣는다.

(3) 산소발생기를 작동시킨다.

(4) 30분 후에 금붕어를 수조마다 5~6마리씩 넣는다.

(5) 먹이는 하루에 아침, 저녁 2번씩 1~2분 안에 먹을 양만큼 준다. (먹이가 남으면

물속에서 부패하여 암모니아 발생과 물이 혼탁해지는 원인이 된다.)

(6) 물갈이는 각 pH용액으로 같은 양을 갈아준다.

다) 변인통제

(1) 독립변인 : pH가 다른 물의 종류

(2) 종속변인 : 금붕어의 성장과 행동, 물의 혼탁, pH의 변화, 수질의 변화

(3) 통제변인 : 물의 양, 먹이의 양, 수조의 크기

2) 연구결과

가) 기간 : 10월 7일 ~ 10월 31일

(1) 10월 7일 : 실험 시작

(가) 각 수조마다 수돗물(2.5) 채워 넣음.

(나) 적응하기 위해서 하루 동안은 안정을 취하게 함.

(2) 10월 8일

(가) 각각의 pH물을 200씩 갈아줌.

(나) 물을 갈아주고 먹이를 주자 대부분 별 변화 없이 먹이를 먹으며 활발하게 움

직임. 하지만 pH 9.73의 금붕어들은 먹이를 먹지 않고 수면으로만 모여 듦.

17

pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73

물갈이후

활동

정도

1~2마리만

수면으로

모임

가장 평온

모두

수면으로

모여 듬

활발

모두

수면으로

모여 듬

물의 색 맑음 맑음 가장 흐림 흐림 흐림

pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73

물의 색 맑음 맑음 흐림 조금 흐림 가장 흐림

pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73

물의 색

수면에

거품이 생김,

맑음

맑음 흐림 맑음 흐림

(3) 10월 9일

(가) 물이 전체적으로 흐려짐.

(나) 300씩 물갈이를 하고 나자 대부분 불안정한 모습을 보임.

(4) 10월 10일

(가) 물이 너무 흐리고 더러워서 1씩 물갈이를 함.

(나) 먹이도 주자 모두 활발히 움직임.

(다) 물이 혼탁해지는 이유가 어항마다 금붕어의 수가 너무 많아서라고 판단하여 4

마리씩만 키우기로 함. 나머지는 따로 격식을 갖춘 수조(35)를 마련하여 수돗

물 을 채우고 여과기도 설치하고 남은 7마리를 넣음. ‘수돗물’ 수조라 칭하기로

함.

(5) 10월 11일

(가) 각 pH마다 500씩 물갈이 함.

(나) pH 9.73수조의 바닥 자갈에 하얀 곰팡이가 생김. 금붕어가 잘 안보일 정도로

물이 너무 흐림.

(6) 10월 13일

(가) 어항의 물이 조금씩 맑아짐. 지켜보기 위해서 물갈이는 해주지 않음.

(나) 전체적으로 움직임이 활발함.

(7) 10월 14일

(가) 각 pH마다 500씩 물갈이 함.

(나) 물갈이 후 먹이를 주어도 pH 9.73의 금붕어는 활동량이 적음. 한참을 움직임

이 없다가 1시간 정도 지나자 움직임이 보임.

(다) 수돗물 수조와 비교했을 때 pH 9.73의 물도 많이 맑아짐.

(8) 10월 15일

18

활동량 활발 활발 활발 활발 잘 안움직임

pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73 수돗물

pH 값 4.5 6.5~7.0 7.0~7.5 7.7 7.8 8.5

(가) 물 1씩 갈아준 후 박테리아활성제 넣어줌.

(나) 대부분 물고기가 활발하게 움직이나 pH 9.73의 금붕어는 다른 수조에 비해 움

직임이 적음.

(다) pH 5.76 수조 수면에 거품이 생김. (거둬 냄)

pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25

pH 8.83 pH 9.73

사진19. 수질 상태

(9) 10월 18일 : pH 검사 실시

- 표8. pH 검사 결과 -

(가) 실험 중반을 맞아 pH 검사를 함.

(나) 실험중인 수조안의 물과 이온수기에서 바로 받은 물로 비교함.

(다) 실제 pH와는 조금씩 다른 결과를 보임.

(라) 여과장치하고 수돗물만 주었던 수조의 pH가 가장 높은 것으로 나타남.

(마) 걱정했었던 pH 9.73의 pH는 거의 중성이나 약염기성을 나타냄.

(바) pH 5.67의 수조물은 더 강산이 됨.

(사) 색을 보며 pH의 값을 정확히 측정하기가 어려움.

사진20. pH 측정결과 (각각 위사진은 수조물, 아래사진은 이온수기 물)

(10) 10월 21일 : 물 1씩 갈아줌

(11) 10월 22일 : 수질 검사 실시

19

pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73 수돗물

․암모니아

3.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0

아질산염0.1 0.3 0.2 0.1 0.2 0.7

질산염12.5 6 0 0 0 25

- 표9. 실험15일 후 수질검사 결과 - <단위 : >

• 암모니아 : 0 - 이상적, 0.25 - 방치되면 위험, 1.5 - 나쁜 상태, 3 - 민감한 종

에 겐 치명적, 5 - 독성이 매우 강함

• 아질산염 : 0.1 - 이상적, 0.2-0.5 - 위험함, 1.0 - 독성이 매우 강함

• 질산염 : 0~20 - 이상적, 25~50 - 부분 물갈이 필요, 50~100 - 많은 양의 부분

물갈이 필요, 100 전체 물갈이 필요

20

사진21. ․ (암모니아) 검사, (아질산염) 검사,

(질산염) 검사

(가) 실험시작 15일째를 맞아 수질검사를 실시함.

(나) 암모니아, 아질산염, 질산염의 존재여부를 확인함.

(다) 암모니아는 pH 5.76을 제외하고는 독성이 매우 강한 것으로 나타남.

21

pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73 수돗물

pH 값 5.5 6.5~7.0 7.0~7.5 7.5 7.5 7.5

․암모니아

0.25 3.0 0.25 1.5 0.12 0

아질산염0.3 0.8 0.3 3.3 0.3 20

질산염12.5 12.5 7 20 0 100

pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73 수돗물

10월 18일 4.5 6.5~7.0 7.0~7.5 7.7 7.8 8.5

10월 31일 5.5 6.5~7.0 7.0~7.5 7.5 7.5 7.5

0

2

4

6

8

10

pH

pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73 수돗물10월 18일 10월 31일

<그래프13. pH의 변화>

(라) 아질산염은 pH 6.29는 위험하고, 수돗물에 의한 수조물은 독성이 강한 것으로

나타남. 나머지는 이상적인 상태임.

(마) 질산염은 pH 5.76과 pH 6.29에서는 조금 나타났고, 수돗물 수조는 부분 물갈

이가 필요할 정도로 나타남.

(바) 대부분의 수조에서 암모니아가 많이 나타난 것으로 봐서 암모니아가 제대로

분해되지 못하여 질소순환사이클이 제대로 작용하지 못하고 있는 것으로 나타남.

(사) 암모니아의 분해를 위해서 물갈이 때 마다 박테리아활성제를 넣어 주기로 함.

(12) 10월 24일, 28일, 30일 : 물 1씩 갈아주고 박테리아활성제 넣어줌.

(13) 10월 31일 : 최종 pH와 수질 검사

- 표10. 최종 pH와 수질검사 결과 - <단위 : >

나) 금붕어 실험 결과

- 표11. pH의 변화 -

22

pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73 수돗물

10월 22일 3.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0

10월 31일 0.25 3.0 0.25 1.5 0.12 0

pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73 수돗물

10월 22일 0.1 0.3 0.2 0.1 0.2 0.7

10월 31일 0.3 0.8 0.3 3.3 0.3 20

0

2

4

6

mg/L

pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73 수돗물

10월 22일 10월 31일

<그래프14. 암모니아의 변화>

0510152025

pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73 수돗물

10월 22일 10월 31일

<그래프15. 아질산염의 변화>

-표12. ․ (암모니아)의 변화- <단위 : >

-표13. (아질산염)의 변화- <단위 : >

23

pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73 수돗물

10월 22일 12.5 6 0 0 0 25

10월 31일 12.5 12.5 7 20 0 100

0

50

100

150

mg/L

pH 5.76 pH 6.29 pH 7.25 pH 8.83 pH 9.73 수돗물

10월 22일 10월 31일

<그래프16. 질산염의 변화>

-표14. (질산염)의 변화- <단위 : >

다) 결 과

(가) 물의 pH 변화에 있어서 최종적으로 pH 5.76의 수조는 pH 5.5로, pH 6.29는

pH 6.7정도의 약산성을 유지하고, 나머지 수조의 pH는 pH 7.5 정도의 중성으로

됨.

(나) 암모니아의 변화에 있어서 10월 22일에는 암모니아가 매우 많았으나 최종적으

로는 안정을 찾음. 하지만, pH 6.29의 암모니아의 수치는 3.0 로 높게 나

옴.

(다) 아질산염의 변화에 있어서 10월 22일에 비해서 많이 높아지고, pH 8.83이나

수돗물을 준 수조의 경우 독성이 매우 강하게 나타남.

(라) 질산염의 변화에 있어서 10월 22일에 비해서 pH 5.76과 9.73의 경우는 변화

가 없으나, pH 8.83는 20이 나타나고 수돗물의 경우는 100이라는

높 은 수치가 나타났다. pH 9.73은 0을 나타냈다.

4. 결 론

가. 고구마 재배 결과 약염기성 물인 pH 8.83에서 고구마가 잘 자랐다.

나. 강낭콩은 약산성 물에서 잘 자랐다. 하지만 강낭콩 꼬투리는 오히려 pH 7.25

인 중성 물에서 얻을 수 있었다.

다. 금붕어 키우기 실험 결과

1) 약산성 물일 때 좋은 환경일 것이라 예상했었으나, pH 9.73인 물에서 암모니아

의 검출량도 적고 아질산염이나 질산염의 검출이 거의 없었다.

2) pH 6.29에서 암모니아가 가장 많았고 다음으로는 pH 8.83이 많이 검출되었다.

여과기를 설치 한 수돗물에서는 암모니아가 검출되지 않았다.

24

3) 수돗물 수조에서 아질산염이 가장 많았고 다음은 pH 8.83에서 많이 검출되었다.

4) 수돗물 수조에서 역시 질산염이 가장 많았고 다음으로는 pH 8.83에서 많이 검출되

었다.

5) pH 5.76과 pH 6.29일 때는 수조의 물이 약산성을 유지했으나 나머지 수조는 pH

7.5정도의 중성물이 되었다.

6) 물의 혼탁정도는 초기에 pH 9.73이 가장 흐렸으나 실험 후반기가 될수록 맑아지고

다른 수조와 별 차이가 없고, 금붕어도 활발히 움직였다. 위와 같이 금붕어 실험은

pH 9.73일 때 가장 좋은 성장조건을 만드는 것을 알 수 있었다.

7) 종합적으로 볼 때 생물은 각각 종류에 따라서 잘 성장할 수 있는 물의 pH가 정해

져 있음을 알 수 있었다. 물이 생물의 성장에 꼭 필요한 만큼 각각의 pH 환경을 고

려해서 생물을 재배한다면 더 좋은 품종, 더 나은 결과를 얻을 수 있을 것이다.

5. 더 연구하고 싶은 점

가. 강낭콩 실험 시 밭이 없어 아파트 베란다에서 실험을 진행하다 보니 꽃과 열매를

얻기가 힘들었다. 앞으로 직접 밭에 나가서 자연의 환경 속에서 실험을 한다면 더

좋은 결과를 얻을 것 같다.

나. 고구마 실험에서 수경재배라는 환경 때문에 열매를 얻는 실험은 할 수 없었는데, 줄

기가 어느 정도 자랐을 때 밭에 심어서 고구마가 어느 환경에서 잘 맺히고 많이 얻

을 수 있는지 알아보고 싶다.

6. 자료 출처

<사이트>

＊트로피쉬넷 http://www.trofish.net/

＊그린피쉬 http://www.greenfish.co.kr/

<참고문헌>

＊논문 - 정재구, 이장주 “산성수가 콩과식물의 생장에 미치는 영향”, 제 47회 전

국과학전람회 출품작, 2001년

＊단행본 - 곰돌이 co., 「내일은 실험왕 - 1.산성․염기성 대결」, 아이세움, 2006년

김진규, 「과학 올림피아드- 생명편」, 문공사, 2006년

허순봉, 「WHY? - 환경」, 예림당, 2002년

이광웅, 「WHY? - 식물」, 예림당, 2002년

김남석, 「WHY? - 물」, 예림당, 2005년

과학쟁이, 웅진, 2008년 7월호