1. 개요

1. 개요

가. 연구 환경

1) 지역 환경(충남 서산시)

가) 지리적 환경 : 서산시 면적은   ^이며, 1읍 9면 5동의 행정구역으로 구분되어 있음

나) 인구 연령 및 직업 환경 : 인구는 약 17만 명으로 18세 이하의 연령비가 20%를 차지하고 있으며, 직업별 비율을 보면 농어업 종사자가 36% 정도를 차지하여 전형적인 농어촌 지역임을 알 수 있음

다) 산업적 환경 : 서산의 산업구조는 1차 39%, 2차 23%, 3차 39%로 이루어져 있으며, 특히 서산지방산업단지, 대산임해공 업단지 등의 산업단지가 조성되어있어 현대석유화학, 삼성토탈, 현대파워텍, 다이모스, 동희오토 등과 같은 28개의 공장이 입주해 있음

라) 사회문화적 환경 : 백제문화권으로 국보 제84호인 서산마애삼존 석불을 비롯한 각종 문화재가 많은 역사의 고장으로 동쪽에 가야 산, 서쪽에 가로림만의 갯벌, 남쪽에는 세계적인 철새 도래지인 간월호, 북쪽에는 대호 간척지가 있는 구릉 지대로 되어 있음

2) 학교 환경(서령고등학교)

가) 과학중점학교 : 2010년 과학중점학교로 지정되었으며, B-type 교과교실제 운영으로 수학교과 3실과 과학실험실 및 특별교실, 수학․과학 리소스센터를 운영하고 있으며, 2013년 과학중점과정 1등급을 수상하였고, 인근의 한서대학교와 MOU를 체결하여 수 학과 과학 분야에서 매년 연구활동(R&E)을 진행하고 있음 나) 2010년 충청남도교육청으로부터 서령고영재교육원을 유치하여

서산지역의 고등학교 1학년과 2학년의 우수 학생들을 대상으로 수학과 과학 분야에서 영재교육을 실시하고 있으며, 2013년 충 청남도 영재 창의적산출물 발표대회에서 9팀이 입선하여 충남 우수영재교육기관으로 선정됨

다) 2010년 9월부터 2014년 2월까지 교육부 주관 고교교육력제고 수학 심화과정 거점학교로 지정되어 고급수학기본과 고급수학 과정을 운영하였으며, 서울대학교 수학교육과의 지원을 받아 교수 특강과 학생 진로탐색을 위한 대학 및 연구소 탐방을 실시 하였음

나. 연구동기

○ 환경문제

봄이 되면 중국에서부터 불어오는 황사 때문에 집에서 환기를 하거나 야외활동을 하는데 불편함을 겪어서 황사의 원인에 대해 찾아보다가 그 원인이 최근 전 지구적으로 화제가 되고 있는 사막화 때문이라는 것을 알게 되었다. 사막화는 본래 숲이던 곳들이 인간들의 무분별한 벌채 등의 행위로 인해 토지가 황폐화되는 현상이다.

→ 기후변화로 인해 나타난 사막화된 토지(좌). 건조현상이 심해져 식생이 살 수 없는 나대지가 된다.

전 세계적인 사막화 추이 지도자료(우). 적도 부근을 중심으로 아프리카와 중동지역, 오세아니아 대륙 전체적으로 사막화가 가속되고 있다.

특히 이러한 사막화는 점점 증가하는 추세이고 이를 확실하게 대처할 수 있는 방안이 마련되어있지 않아서 더욱 큰 문제가 되고 있다.

따라서 이미 사막이 되었거나 사막화가 진행되고 있는 곳을 다시 원래의 숲으로 되돌릴 방법을 연구하여 황사의 피해를 줄일 수 있는 사막화 방지 키트를 제작하기로 했다.

다. 연구목적

○사막화

현대 사회에서 가장 큰 환경 문제 중 하나인 사막화로 인해 발생하는 여러 가지 피해들과 그 규모가 증가하고 있음을 밝혀 사막화의 심각성을 환기하고, 사막화의 진행을 막을 방법을 제시한다. 연구 과정에서, 단시 간 내에 사막을 식물이 자랄 수 있는 토지로 만드는 가장 효율적인 방식 을 찾아내고 이를 사막화 방지 키트에 적용한다. 이를 통해 천이가 일어나 는 원리를 이해하고 천이를 발생시키는 가장 효율적인 방식을 연구하여 분석적 사고력과 융합적 과학 지식의 중요성을 인식한다. 또한 실험 과정 중에서 나온 결과를 토대로 결론을 도출하는 추론 능력을 고양한다. 따라서 다음과 같은 세부 목적을 달성한다.

- 사막화 방지 키트 제거 시 초본류가 가장 오랫동안 생장할 수 있는 조건 연구

- 수분이 부족한 사막에서 효율적으로 식물에게 수분을 공급할 방안 연구

- 사막화의 심각성을 기술하여 사막화 방지 대책의 필요성을 환기 - 연구 과정을 통해 융합적인 과학 사고력 증진과 자료 분석 능력을 신장

라. 연구내용

→‘떼 입히기’ 방법을 이용한 잔디의 모습

○ 토양의 유기화 진행에 가장 적합한 기초물질 선정

사막화 키트의 목적은 사막에 식물을 심는 것이 아니라 환경의 변화로 인해 손상되고 반 건조된 토지를 다시 식물체가 살 수 있는 토양으로 바꾸는 데 있다. 또한 키트는 기본적으로 토양에 유기물이 어느 정도 공급되면 해체하는 것을 목표로 보기 때문에 키트 분리 후에도 식물이 계속 생장하고 번식하며 살아갈 수 있어야 한다.

키트 내에서 가장 먼저 사육되는 식물은 건성천이 과정에서 개척자인 지의류 이후에 번식하는 초본류를 사용한다. 초본류 중에서 밟힘에 강하 고, 병충해가 적으며 뿌리가 옆으로 기어가며 번식하는 포복성 식물이고 자연번식이 쉬운 잔디를 사용한다. 단 잔디를 종자를 뿌려 생장시키기에는 시간적인 문제가 있기에 ‘떼 입히기’라는 방법을 통해 심는다. ‘떼 입히기’는 이미 자란 잔디를 카페트 형태로 잘라내어 듬성듬성 심는 방법 을 말한다. 사막화로 인해 건조해진 토양을 다시 식물이 살 수 있는 유기물 이 풍부한 토양으로 바꾸기 위해서는 기본적으로 식물체가 살아가고 죽으 면서 제공되는 사체가 분해자에 의해 분해되는 식물의 반작용이 동력이 되어야 한다. 그러나 이는 매우 많은 시간을 소모하므로 사체의 분해산물 을 대신할 기초물질을 제공할 필요가 있다. 이때 어떤 기초물질이 키트를 제거했을 때 잔디를 가장 오래 생장 하게 할 수 있는지 알아야 한다. 키트를 제거했을 때 오래 살아 있다는 것은 그만큼 토양이 식물이 살아가는데 적합한 상태가 되었다는 것을 의미하기 때문이다.

기초물질로는 다른 종류의 두 비료, 식물의 사체와 분해자, 식물이 자란 환경에서 채취한 흙을 사용할 것이며, 잔디의 생존기간을 측정하여 사막화 키트에 포함할 기초물질을 선택한다.

○ 사막화 키트의 설계

사막화 키트는 장기적인 건축물이 아닌 단기적인 간이 설치물을 지향한 다. 키트의 크기는 0.8 x 0.8 ㎡로 예상하고 있으며 바람, 비 등의 기상현상에 훼손 되지 않도록 키트의 각 모서리는 지표에 삽입하는 뾰족한 형태를 취한다. 키트 내부에서 잔디가 자랄 수 있도록 하기 위해 키트의 옆면, 윗면의 재질은 투명하고 단단한 아크릴 판을 사용한다.

키트 내부에서는 공기 중 수증기가 밤의 차가운 공기와 만나 응고되면서 만들어지는 물방울을 모을 수 있도록 가운데로 모이는 깔때기 형태의 집수기를 만든다. 또한 사막화 키트에서 사용되는 기초물질이나 잔디 등은 수동으로 내부에 공급한다. 전체적인 형태나 원리는 에티오피아 곤다르 대학의 에코돔을 모티브로 한다.

→ 에티오피아 곤다르 대학의 에코돔. 에코돔은 사막 생태계에서 농작물을 재배함으로써 아프리카 지역의 식량난 문제를 해결하고자 한다. 우리 사막화 키트는 농작물 재배가 목적이 아닌 사막 토양의 회복을 목적으로 한다.

→ 밤의 에코돔. 밤에는 창문이 열려 일교차가 큰 사막의 찬 밤공기가 안으로 들어와 에코돔 내의 수증기를 응결시킨다. 사막화 키트도 이 원리를 이용하여 수분의 지속적인 공급을 하려 했다. 다만 차이점은 에코돔에서 수분공급이 식물의 광합성에 의한 것인 반면 사막화 키트는 분해자의 분해를 통해 수분공급 이 이루어진다는 것이다.

2. 연구내용

가. 이론적 배경 및 선행 연구

○ 에코돔

에티오피아의 곤다르 대학의 연구팀은 독특하게 생긴 온실을 이용해서 에코돔(Ecodome)이라는 사막 및 건조 지대에서 물과 식량을 동시에 해결 하는 적정 기술을 개발하였다. 인구 증가와 경제 발전으로 인해서 물의 수요는 증가하는데, 일부 국가는 기후 변화로 인한 가뭄으로 심각한 물 부족을 겪고 있기 때문이다.

사막에 건설된 온실 안에서 작물을 키우게 되면, 이 작물은 광합성을 하면서 수증기를 밖으로 내보내게 된다. 이때 사막기후의 뜨거운 온도로 인해 발생된 수증기가 보다 많이 확보되며 온실이 밀폐되어 있기 때문에 확보된 수증기는 달아나지 못하고 갇힌 채로 존재하다가 밤을 맞게 된다.

밤이 되면 에코돔의 천장이 개방되며 외부의 차가운 공기가 들어오면서 내부의 수증기는 다시 응결된다. 여기에 외부 공기에 포함되어 있던 수증기 까지 더해져 에코돔 상부에 위치한 수증기 수집 장치로 모아지게 된다.

이처럼 에코돔은 낮에는 사막의 더운 온도를 통해 작물을 키우고 수증기를 발생시키며, 밤에는 온도가 급격히 낮아지는 사막의 특징을 이용하여 수증 기로 물을 수집하는 과정을 반복한다.

에코돔을 통해 효과적으로 물을 모으고 작물을 재배할 수 있다면, 간단한 구조와 낮은 가격으로도 작물을 재배할 수 있게 되기 때문에 사막지역 주민들의 큰 희망이 될 것으로 기대된다.

이 에코돔은 사막화 방지 키트와 유사한 부분이 있지만 분명한 차이가 있다. 사막화 방지 키트는 말 그대로 사막화를 방지하기 위해서 이미 황폐 화 되어버린 땅을 숲으로 다시 되돌리는데 목적이 있는 반면 에코돔은 사막에서도 식물을 재배하는 용도로 쓰이는 것이다.

○ 건생식물

건조한 토양이나 산성토양에서 자라는 식물을 말한다. 일반적으로 수분 의 손실을 최소화하는 생육형태를 갖고 있으며 주로 사막에서 볼 수 있는 선인장 같은 식물이 건생식물의 대표적인 예라 할 수 있다. 대개 건생식물 은 수분의 손실을 줄이기 위해 잎을 납질층으로 덮거나, 털로 잎을 뒤덮어 태양광의 흡수를 줄이기도 하고 두꺼운 각피, 세포벽, 많은 기공 등을 갖고 있는 표피를 갖기도 한다.

건생식물 중에서 사막에서 사는 사막식물에 대하여 추가적으로 조사해 보았다. 사막 식물은 선인장류처럼 다육화 ( 다육화는 건조한 환경을 견디 기 위하여 수분을 저장하는 조직이 발달된 상태를 의미함 ) 되어 있어서 식물체에는 많은 물이 저장되어 있을 뿐만 아니라, 기공이 체표에 깊이 묻혀 있으므로 물의 소비가 아주 적다.

또 뿌리의 흡수력이 커서, 토양 속의 적은 물도 잘 빨아들일 수 있다는 것이다. 또한, 이러한 식물들은 뿌리를 깊이 내리므로, 모래 속 깊은 곳에 있는 물도 이용할 수 있다. 이러한 특징들을 바탕으로 다육식물중 하나인 선인장을 사용할 것인지 학생들과 토의를 해 보았으나 선인장의 생식방법 중 무성생식은 새 뿌리를 형성하여 이를 새로운 개체로 생장시키는 것인데 이는 원래 개체의 수명과 연관되어 많은 번식이 불가능 하며, 유성생식은 환경적으로 매우 힘들기 때문에 적합하지 않다는 의견을 수렴하여 선인장 은 사용하지 않기로 결정했다.

나. 연구주제의 선정

황사가 더욱 심각해지는 이유가 최근 전 지구적으로 문제가 되고 있는 사막화 때문이라는 것을 알고 이에 대해 학생들 간 토의를 진행했다. 중국 에서 유래된 미세먼지 및 황사가 심해지면서 봄 뿐 아니라 시기를 가리지 않고 언제나 발생하는 것을 고려하여 이러한 사태가 더욱 심각해지기 전에 미연에 방지하고자 했다.

사막화 대책에 대한 조사를 해보니 대부분 나무 심기, 또는 가정 단위의 생활방식 변화를 통한 에너지 절제 등 구체적이지 못하고 실질적이고 즉각적인 효과를 보기 힘들 것 같았다. 그래서 우리는 빠른 속도로 늘어나 는 사막의 면적을 최대한 단기간에 줄일 수 있는 방법을 고민했다. 이 과정에서 문제의 해결점을 식물의 정착 자체로 보지 않고 더 근본적인 요소인 토지에서 찾게 되었다. 사막에 식물을 바로 심는다 하여도 그 식물 의 종류가 제한적이며 식물이 완전히 자라 다른 사막지역으로 번식, 정착하 는 데 너무 많은 노력과 시간이 들 것이다. 그러나 토지를 얕은 뿌리를 가진 식물이 살 수 있을 정도로 회복시킬 수 있다면 사막에 일일이 나무를 심는 것보다 빠르고 효과적으로 사막의 면적을 줄일 수 있다고 예상하였다.

이후에 우리는 어떻게 토양을 회복시킬 것인지 의견을 나누었다. 사막의 환경을 생각해서 건성천이를 좁은 면적에 단기간 진행시켜 토지를 자연적 인 과정을 통해 유기화 시키려 하였으나 이에 관한 구체적인 실험 설계와 방법을 찾아내지 못하였다. 또 비닐하우스와 같이 인위적인 공간을 형성하 여 내부에서 순환적으로 수분과 공기를 공급하는 기구를 만들려 하였으나 이미 에티오피아의 곤다르 대학교 연구원들이‘에코돔 프로젝트’라는 이름으로 연구를 진행 중이었고 현재 프로토 타입의 제작까지 이루어진 상태이며, 무엇보다 학생의 입장에서 건축물을 설계, 설치한다는 것은 거 의 불가능에 가까운 일이었다.

더 이상의 방법이 떠오르지 않아 고민하던 차에 우리는 먼저 고안한 두 방법을 융합하여 새로운 방법을 찾게 되었다. 먼저 천이의 과정을 완전 히 진행시킬 수는 없지만 천이 진행의 원동력인 식물의 반작용, 즉 식물의 생장과 부패에서 일어나는 환경과의 유기물 교환을 통해 토양의 일부분에 유기물을 공급하여 뿌리가 얕은 작은 식물을 생장시켜 지속적인 토양과 식물의 자연적인 작용, 반작용을 유도하며 이를 통해 토양의 회복을 진행시 키고자 하였다. 이때 토양의 회복이 진행 될 동안 식물의 지속적 생장을 유지하기 위해 ‘에코돔 프로젝트’의 원리를 모티프로 한 ‘사막화 키 트’를 제작하기로 하였다. 사막화 키트는 ‘에코돔 프로젝트’ 중 사막기 후의 큰 일교차를 이용한 설치물 내 순환적 수분공급 원리와 외형의 구조를 응용하고, 크기는 소규모의 쉽게 설치, 제거 가능하게 설계할 것이다. 에코

돔 프로젝트는 사막과 같은 건조기후에서 농작물의 재배를 가능하게 하는 것이 목적이며, 작물에서 내뿜는 수증기를 통해 돔 내에 수분을 공급하는데 그 양에 한계가 있기 때문에 대규모 작물 재배에는 적합하지 않다는 한계를 내재하고 있지만 사막화 키트는 식물의 생장이 주목적이 아니고 생장과정 에서 일어나는 토양의 유기화를 진행시켜 사막의 면적을 줄이고 식생이 자랄 수 있는 토지를 늘리는 것이 목적이며, 키트 내에서 식물이 계속 생장하는 것이 아니라 토양의 회복이 일정수준 이상 진행되면 키트를 제거 하기 때문에 반영구적인 수분의 공급을 걱정하지 않아도 된다.

또 키트 내에서, 키트를 제거한 후에도 계속 환경과 작용, 반작용하며 토양을 발전시킬 식물을 정하기 위하여 건생식물, 주변에서 볼 수 있는 초본류를 조사해 보았다. 몇 종류의 건생식물과 초본류 잔디 중 하나로 의견이 좁혀졌는데 건생천이의 과정과 가장 유사하게 환경을 조성하기 위하여 키트 내 식물로 잔디를 사용하기로 결정하였다.

다. 연구 방법

○ 사막화 키트에 사용될 기초물질 선별

실험 장소는 볕이 잘 드는 운동장의 모래사장 위로 변인 통제시킨다.

크기가 동일한 사막화 키트 모형을 4개 준비한다. 사막화 키트를 설치할 곳에 10㎝ 정도 깊이로 땅을 판다. 그리고 파 놓은 각각의 구덩이에 비교, 식물 사체와 분해자, 식물이 사는 환경에서 채취한 흙을 각각 구덩이의 2/3이 메워질 정도로 채워 넣는다. 이때 비료는 유기질 비료와 부산물 비료 를 사용하며 인공 유기상토와 함께 섞어 넣고, 식물의 사체는 천이 과정에 서 일어나는 식물의 반작용 과정과 유사하게 설정하기 위하여 후에 심을 잔디와 같은 종류의 잔디를 사용한다. 분해자는 부패세균을 사용하며 식물 사체의 분해과정이 완료되기까지 시간상의 문제로 인해 부가적으로 산에 서 어느 정도 부패가 진행된 식물 사체를 추가한다. 마지막으로 흙은 교내

화단에서 채취한다.

이 상태에서 1일 경과 후 그 위에 ‘떼 입히기’ 방법을 통하여 잔디를 심는다. 이 위에 다시 사막화 키트 모형을 놓고 7일 동안 지켜본다. 그 후에 사막화 키트를 제거한 후 7일 간 잔디의 생장 정도를 확인한다. 이때, 잔디의 생장정도는 잔디 면적, 잔디 잎의 색 등을 통해 판단한다. 생장 정도가 가장 좋은 케이스를 선택하여 사막화 키트의 기초물질로 설정한다.

○ 사막화 키트 전체 과정의 효과 확인

앞선 실험을 통해 기초물질을 무엇으로 설정하는 것이 토양의 유기화를 가장 촉진 시키는지 확인하였다. 이제는 제작한 사막화 키트와 기초물질을 사용하여 잔디를 심었을 때 건조토양에 어떤 변화가 일어났는지 잔디의 생장정도를 통해 관찰한다.

위 실험과 동일하게 사막화 키트를 설정할 토지에 10㎝ 가량 파고 선별된 기초물질을 2/3 높이까지 채운 뒤 하루 동안 숙성시킨다. 그 후에 잔디를 심은 후 7일 동안 잔디가 뿌리를 내릴 수 있도록 한다. 그리고 사막화 키트를 제거한 뒤 잔디의 생장정도에 어떤 변화가 있는지 14일 동안 관찰하고 관찰이 끝나면 심었던 잔디를 다시 채취 한 뒤 토양을 관찰한다.

_→ 칠판에 실험과정을 분석한 내용(수학리소스센터, 수학사랑동아리)

라. 연구 활동 및 과정

1) 변인 설정 및 실험 설계

실험을 진행하기 위해 우선 조작변인, 종속변인, 그리고 통제변인을 설 정하였다.

조작변인으로는 기초물질의 종류를 설정하였다.

종속변인으로는 잔디의 잎 색깔 변화, 잔디 뿌리의 분포, 잔디 뿌리의 깊이를 설정하였다.

통제변인으로는 실험 장소의 온도, 햇빛 양, 실험 전 잔디의 생장정도를 설정하였다.

이를 바탕으로 기초물질을 다양하게 사용하여 어떤 조건에서 잔디가 가장 빠르게 자라는지를 탐구하기로 결정하였고, 실험 결과 효율이 가장 좋은 기초물질을 바탕으로 자가 수분 공급 장치와 햇빛 양 조절기를 개발 하여 ‘에코돔’을 제작하여 사막화를 방지할 수 있는 대책을 마련하고자 하였다.

2) 기초물질 선정

잔디의 생장을 돕기 위한 기초물질을 선정하였다. 우선 기초물질들의 종류를 조사한 후 어떤 기초물질이 ‘사막화 방지 키트 제작’ 이라는 실험에 가장 적합한지 토의하는 활동을 하였다.

기초물질들의 종류는 다음과 같다.

화학 비료 인산질비료 질소비료 황산가리비료

천연 비료 천연 유기비료 바이오비료 발효퇴비

기타 EM 효소 우드칩 부엽토

3) 실험 진행 장소 선정

‘사막화 방지 키트’ 제작을 위한 실험을 진행하기 위해서 실험 장소를 물색하였다. 기존에 설정하였던 통제변인을 만족시키면서 사막과 가장 유사한 환경을 갖추고 있는 곳을 찾기 위하여 토론을 하였다.

먼저 통제변인이었던 온도, 햇빛 양을 똑같은 조건으로 만족시켜야했다.

다음으로는 사막과 가장 유사한 환경이었다. 사막의 환경은 일사량이 많고 건조하며 일교차가 심한 환경으로 간단하게 정리할 수 있었다. 이 두 가지 조건을 만족시키는 장소로는 학교 운동장이 있었다. 일사량이 많고 건조하 기 때문에 최대한 사막과 유사한 환경이었다.

4) 사막화 키트 제작

→ ‘에코돔’의 초기 모형 (텐트 모형)

사막화 키트를 제작하기 위해 에티오피아 곤다르 대학교에서 연구한

‘에코돔 프로젝트’를 모티프로 하였다. 기본적인 에코돔의 돔형 구조와 낮과 밤을 기준으로 천장의 구조를 달리한다는 점에서 아이디어를 얻었다.

우선, 사막의 일교차를 활용한 자가수분 공급 장치를 제작하였다. 이는 물의 상변화의 원리를 이용한 것이다. 낮에는 건조한 날씨로 인하여 수증기 가 생성되고 밤에는 이 수증기가 액화하여 물로 변한다. 이 물을 식물에게 공급하여 생장하게 하면 외부의 물 공급 없이도 충분히 성장 할 수 있을 것이라고 예측하였다.

시중에 존재하는 텐트로 에코돔의 초기 모형을 구상하였다. 밑면을 정사 각형으로 만들었다. 정사각형의 4개의 변 중에서 두 개의 변을 여닫이 형태로 만들어 수분과 기타 양분들을 공급하였다. 하지만 실험 도중 2개의 여닫이로는 부족함을 깨닫고 밑면이 정팔각형 형태인 형태로 에코돔을 재구상하였고 여닫이문을 총 4개로 만들었다. 이는 다양한 방면에서 양분 들을 공급할 때 장점을 지니고 있었고 통풍 또한 유리하여 식물이 생장하는 데 더 유리한 조건을 형성할 수 있었다.

5) 기초물질 선별 실험

실제 제작한 ‘에코돔’을 이용하여 효율성이 가장 뛰어난 기초물질을 선별하는 실험을 하였다. 총 7가지의 기초물질을 이용해 각각 천연비료, 화학비료, 그 외 기타 효소들로 분류한 뒤 실험을 진행하였다.

다량의 10cm x 10 cm 크기의 잔디를 준비한 뒤 학교 운동장이라는 동일 한 장소에서 기초물질 위에 잔디를 심었다. 그 후 에코돔을 잔디 위에 덮은 후 일주일 간 잔디의 생장정도를 확인하였다. 이 때 잔디의 생장 정도를 비교하기 위하여 위에서 제시한 3가지의 종속변인인 잎의 색깔과 뿌리의 평균 길이, 그리고 잔디의 무게 변화를 확인하였다.

다음은 기초물질별 잔디의 생장 정도를 표로 정리한 것이다.

기초물질 잎의 색 뿌리의 길이(cm) (1차)

무게 변화(g) (1차)

EM효소 연초록 3.71 1.02

천연 발효 퇴비 옅은 초록 3.60 0.95

바이오 비료 푸르스름하다 3.64 0.92

천연 유기 비료 노르스름하다 3.57 0.87

질소 비료 노르께하다 3.56 0.56

인산질 비료 노르무레하다 3.54 0.82

황산가리 비료 감노랗다 3.53 0.79

위의 표는 에코돔을 덮은 상태에서 1주일간 잔디의 생장 정도를 확인한 결과를 나타낸 것이다. 실험 결과 EM효소 + 우드칩 + 부엽토를 섞은 기초물 질을 바탕으로한 잔디의 생장 정도가 가장 뛰어난 것으로 나타났다. 뿐만 아니라 천연 발효 퇴비와 바이오 비료를 기초물질로 한 잔디도 좋은 성장을 보였다. 반면 천연 유기비료부터 황산가리 비료까지는 잔디의 잎 색깔로 미루어 보아 효율적이지 못한 것으로 결론을 지었다.

기초물질 잎의 색 뿌리의 길이(cm) (2차)

무게 변화(g) (2차)

EM효소 연초록 3.84 0.89

천연 발효 퇴비 옅은 초록 3.82 0.84

바이오 비료 푸르스름하다 3.76 0.86

천연 유기 비료 노르스름하다 3.78 0.81

질소 비료 노르께하다 3.72 0.77

인산질 비료 노르무레하다 3.71 0.73

황산가리 비료 감노랗다 3.68 0.69

위의 표는 에코돔을 제거한 후 1주일 간 잔디의 생장 정도를 표로 정리한 것이다. 처음 에코돔을 덮었을 때 실험한 결과와 일치하였다.

EM효소 + 우드칩 + 부엽토가 가장 좋은 효율을 보였고 황산가리 비료가 가장 낮은 효율을 나타냈다.

두 번에 걸친 실험을 통해 얻을 수 있는 결론은 크게 2가지였다.

우선, EM효소가 가장 효율성이 뛰어난 기초물질임을 알 수 있었다.

반면에 화학 비료 3종류는 가장 낮은 효율성을 보였다. 따라서 ‘사막화 방지 키트’를 제작할 때 사용할 기초물질로는 EM효소 및 천연 비료를 사용해야 한다.

두 번째로는 1차 실험과 2차 실험의 차이였다.

1차 실험에 비해 2차실험의 잔디의 생장 정도가 전체적으로 미약한 편이 다. 이는 에코돔의 효과가 컸기 때문에 긍정적인 결과로 볼 수도 있지만 실제로 사막에서는 에코돔을 제거한 상태에서도 식물의 생장이 원활하게 이루어져야한다. 따라서 에코돔이 없는 상태에서도 식물이 생장할 수 있는 방법을 모색해야 한다.

기초 물질 색깔 뿌리의

길이(cm) 무게 변화(g) EM효소 + 우드칩 + 부엽토 푸르스름하다 3.78 1.26

두 번의 실험을 통해 7가지의 기초물질들 중에서는 EM효소가 가장 효율 적인 것으로 결론을 지었다.

마지막으로 EM효소만을 이용하여 이전과 똑같이 실험을 진행하였다.

일주일간은 에코돔을 덮은 후 잔디의 생장 정도를 확인하였고 2주 동안은 에코돔을 제거한 상태에서 잔디의 생장 정도를 확인하였다. 결과는 위의 표와 같다.

6) 건성천이를 활용한 토양의 유기화

최종적으로 토양의 유기화를 통한 다양한 식물의 생장을 실험하였다.

사막이라는 척박한 환경에서 잔디같은 생명력이 강한 식물이 뿌리를 내리 고 성장하면 건성천이의 과정과 유사한 현상이 진행되어 주변의 토양이 비옥해질 것이라고 예측했다.

다음은 건성천이의 과정을 요약한 것이다.

위와 같은 과정을 통해 황폐화된 사막의 토양을 유기화시켰다.

결론적으로 주변의 토양보다 식물들이 살아가기에 좀 더 적합하다는 결과 를 얻을 수 있었다.

3. 연구 결과 및 시사점

가. 실험 진행과정 요약

1)

에코돔을 제작하기 위해 에티오피아 곤다르 대학교에서 연구중인 ‘에코돔 프로젝트’를 모티프 하여 자가 수분 공급 장치를 실제 제작하 고 밑면이 정팔각형인 팔각뿔 형태의 에코돔을 만들었다.

2)

7가지의 기초물질을 선별하여 주변의 환경을 일정하게 조성한 후 효율성이 가장 뛰어난 기초물질을 선별하는 실험을 진행하였다.

3)

효율성이 가장 뛰어난 EM효소를 기초물질로 선정하여 같은 실험 을 한 번 더 반복한 후 건성천이를 유도하여 토양의 유기화를 진행시켰다.

나. 연구결과

1)

에코돔을 제작하면서 초기에는 밑면이 정사각형인 형태를 만들었 지만 수분 공급과 통풍의 문제가 발생하여 이를 해결할 수 있는 방법을 모색하여 밑면이 정팔각형인 정팔각뿔 형태의 에코돔을 만들어 문제를 해결하였다.

2)

기초물질을 선별하는 실험에서 기존에 가지고 있던 통념 중에 하나였던 화학 비료가 천연 비료보다 식물의 생장에 더 도움이 될 것이라는

생각을 깰 수 있었다. 실험 결과 모든 부분에서 천연 비료가 화학 비료보다 잔디를 더 많이 생장시켰다는 것을 확인할 수 있었다.

3)

잔디를 개척자로 하여 건성천이와 유사한 방법을 통해 토양을 유기화시킬 수 있었다.

다. 시사점

실험을 진행하면서 여러 가지 문제점들이 다수 존재하였다. 이는 앞으 로 우리가 실제 ‘사막화 방지 키트’를 제작하기 위해서는 해결해야 할 문제점들이 아직 많이 존재한다는 것을 의미했다.

먼저, 자가 수분 공급 장치 개발의 실패였다. 사막과 가장 유사한 환경을 조성하려고 하였지만, 실질적으로는 상당히 많은 차이가 존재하였다. 무엇 보다도 사막에서 일어나는 일교차가 매우 큰 현상을 구현할 수 없어서 자가 수분 공급 장치로 수분을 확보하는데 한계가 있었다. 따라서 일주일에 한 번 씩 인위적으로 수분을 공급해야했다. 만약 사막에서도 위와 같은 현상이 발생했을 때의 대비책을 마련해야한다.

기초물질의 선별 실험에서 잎의 색 변화와 뿌리의 길이 및 무게에서 정확한 측정이 불가능했다. 잎의 색깔의 경우에는 사람의 관점마다 차이점 이 있기 때문에 주관적인 해석이 포함되어 있었고, 뿌리의 길이는 정확한 평균치의 길이를 알 수 없었다. 잔디의 무게의 경우는 뿌리에 묻어있는 흙과 같은 여타의 이물질들의 존재로 인해 오차가 발생하였다. 이는 객관적 인 종속변인을 설정하지 못했다는 점과 실험 도구의 한계로 인해 발생한 문제였다. 이는 앞으로 실험을 계속 진행하면서 발전시킬 계획이다.

통제 변인을 제대로 지키기 못한 것도 실험의 오차를 발생시킨 요인

중 하나였다. 완전히 동일한 잔디를 구할 수 없었기 때문에 실험 전부터 잔디의 무게와 생장 정도에는 차이가 있었다.

마지막으로는 사전 조사의 부족함이었다. 참고 문헌을 활용해 최대한 전문적인 실험을 진행하였지만 한계점이 존재했다. 고등 교과 과정에서 나오는 건성 천이를 실험의 주 목표로 세웠지만 이에 대한 이해가 부족하였 다. 주어진 시간이 많지 않았기 때문에 건성천이를 진행시키기에는 무리가 있어서 최종 목표였던 다른 식물들의 생장을 확인할 수 없었다.