양어장의 pH 변화 및 이산화탄소(CO2)와 pH

양어장의 pH 변화 및 이산화탄소(CO2)와 pH

생물은 적정 pH 범위에 서식한다.

만일 적정 pH 범위를 벗어나게 되면 세포막의 투과성 또는 효소작용에 영향을 받아 생명에 위험을 받는다.

따라서 각 어류들이 서식하기에 좋아하는 적정 pH를 유지시켜 주는 일이 무엇보다도 중요하다.

양어장의 사육수 pH가 너무 낮거나 또는 높은 경우 pH를 조정하기 위하여 pH 조정액을 사용하는 경우가 있는데 이때 사용할 수 있는 조정액으로는 산성 물질로 염산(HCl), 황산(H2SO4), 황산암모늄{(NH4)2SO4}, 알카리 물질로 수산화나트륨(NaOH), 탄산나트륨(Na2CO3), 소석회{Ca(OH)2} 등을 사용한다.

그러나 이때 pH 조정액을 사용할 때 주의하여야 할 점은

① 산 및 알카리용액의 농도는 온도에 따라 점성계수(粘性係數)가 변하여 특히 저온시에는 용해도가 떨어져 농도가 달라지므로 보온 또는 가온할 필요가 있다.

② 조정액을 사용하는 수조의 재질은 내부식성(耐腐蝕性)이어야 하고 배관재료도 산이나 알카리에 강한 재질을 사용하여야 한다.

③ 강산, 강알카리 용액은 사육 중인 어류를 죽일 수 있으므로 사용농도에 주의를 기울여야 한다.

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노지 양어장의 pH 변화

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노지 양어장은 대부분이 지수식 양어지로 되어 있는 경우가 많기 때문에 하루 중의 pH 변화는 식물플랑크톤이나 다른 수중 식물들의 광합성율에 따라 변화를 나타낸다.

하루 중 pH변화는 식물성플랑크톤의 영향을 많이 받는다.

즉 낮에는 식물플랑크톤의 광합성작용으로 수중에 있는 CO2 및 HCO3-의 소비로 pH는 올라가고 밤에는 식물플랑크톤 및 동물의 호흡작용, 대기중의 CO2 유입으로 pH는 내려간다.

대부분의 노지 양어장의 pH는 6～9 사이에 있으며 하루중의 pH 변화는 1～3 단위 정도의 변화를 가진다.

그러나 기수성 노지 양어장에서는 보통 pH 8～9의 범위를 가지며 하루 중의 pH 변화는 담수에서 보다 작다.

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이산화탄소(CO2)와 pH

​이산화탄소는 다음 식에서 보는 것처럼 물 속에 용해되면 수소이온을 유리시켜 물의 pH를 산성화 시킨다.

CO2 + H2O = [H2CO3] ↔ [HCO3-] + [H+] ↔ [CO32-] + [H+]

만일 이산화탄소 농도가 증가하면 수소이온 농도도 증가하게 되고 pH는 감소한다.

반대로 이산화탄소의 농도가 감소하면 수소이온의 농도는 떨어지고 pH는 올라간다.

물 속에서 CO2가 존재하는 상태에 따라서 물의 pH는 달라진다.

즉 중성 부근에서 CO2는 중탄산이온(HCO3-)의 형태로 존재하게 되고 따라서 식물플랑크톤이 광합성에 이용하는 이산화탄소는 중탄산이온의 형태이다.

식물성플랑크톤이 농밀한 양어지에서는 pH가 10 이상 달할 때가 있다.

낮 동안에 광합성을 하면서 물로부터 이산화탄소를 제거하게 되면 물의 pH는 증가하게 된다.

밤에는 식물플랑크톤에 의해 이산화탄소가 제거되지 않은 반면 양어지내 모든 생물들에 의한 호흡으로 이산화탄소가 물 속으로 방출되고 밤 동안 물 속에 이산화탄소가 축적되면 pH는 떨어지게 진다.

pH의 하루 변화는 항상 큰 것이 아니지만 식물플랑크톤이 풍부한 경우에는 pH 변화의 폭이 커진다.

일반적으로 높은 총알카리도를 가지는 양어지는 낮은 총알카리도를 가지는 양어지보다 이른 아침에 높은 pH를 가진다.

그러나 식물플랑크톤이 풍부하게 되면 낮은 총알카리도를 갖는 양어지가 높은 알카리도를 갖는 양어지보다 오후의 pH가 높다.

이와 같은 결과는 높은 알카리도에 의한 완충능 결과 때문이다.

광합성에 의해 물 속의 CO2를 소비하는 것은 물 속의 HCO3-와 CO32-의 농도를 함께 변동시킨다.

식물플랑크톤이 많이 번식한 양어장의 경우 광합성에 의해 많은 CO2가 유기탄소로 전환되고 이 유기탄소로부터 CO2 방출을 초과시켜 이른 아침의 pH값을 점차 증가시키는 결과를 가져온다.

나트륨(Na)과 칼륨(K)이 많은 양어지에서는 나트륨과 칼륨이 HCO3- 및 CO32- 와 연관을 맺고 있어서 광합성이 빠르게 일어나고 있는 낮 동안에 pH가 10이상으로 상승하는 경우도 있다.

이것은 CaCO3보다 NaCO3나 K2CO3가 보다 용해성이어서 CO32-의 많은 축적을 가져오기 때문이다.

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노지 양어장의 수심에 따른 pH변화

노지 양어장에서 수심에 따른 pH를 보면 수차에 의해 표층과 저층 사이의 물 교환이 잘 이루어진 경우에는 수심에 따른 차이를 볼 수 없지만, 대개는 표층 부근은 식물플랑크톤의 광합성작용으로 인하여 pH가 높은 반면 저층은 일정한 값을 유지하고 있다.

 

저장 pH ( RpH )

중 탄산가스 분압과 대기의 탄산가스 분압이 평형상태에 도달하였을때의 pH를 저장(貯藏) pH라 한다.

흔히 사육수의 원수로 사용하는 지하수에는 CO2 함유량이 많은 경우가 많다.

CO2 분압이 높으면 어류 혈액의 헤모글로빈에 CO2가 영향을 미쳐 헤모글로빈이 산소를 취하는 것을 방해하여 호흡 곤란을 일으켜 어류를 질식사 시킨다.

따라서 지하수를 채수 직후 pH와 RpH를 측정하여 pH 값과 RpH 값을 비교, 시료수의 처리방 법을 결정한다. RpH의 측정 방법은 시료수를 폭기시켜 pH 값이 일정치를 가질 때를 RpH로 한다.

① pH에 대한 RpH값이 높은 경우 → 이산화탄소의 제거가 요망됨

② pH에 대한 RpH값이 낮은 경우 → 그대로 사용 가능

③ pH에 대한 RpH값이 같은 경우 → 그대로 사용 가능

지하수내 유리탄소(CO2)를 제거시키는 방법은 폭기시키는 방법이 좋다.

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어류와 pH

담수 어류와 pH와의 관계에 대하여 <표 1>에 나타내 놓았다. 그러나 여기에는 예외가 있다.

예를 들면 아마존강에 서식하는 어떤 어류는 pH 4.0～4.5 사이에서 살고 있으며 번식도 한다.

표층수에서 pH 9.0 이상 잠시 나타나는 경우는 노지 양어장에서 일반적인 현상이며 양식 어류에는 해가 되지 않는다.

양어지의 pH가 너무 낮은 경우 pH를 상승시키기 위해 석회를 사용할 수 있다.

낮은 pH가 높은 pH보다 일반적으로 많이 나타난다.

보통 양어지에서 산성 또는 알카리성 문제는 성장, 번식 또는 생존에 나쁜 영향을 나타내는데 어류에 대한 pH의 영향은 사육수의 직접적인 영향도 중요하지만 산성화 된 저질이 플랑크톤과 저서생물에 미치는 영향도 크다는 점이다.

물론 이러한 영향은 어류의 생리와 번식에 반영되어 나타난다.

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(표1)양식 어류에 대한 pH의 영향

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pH 영 향

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4 이하 높은 산성으로 죽음에 이름

4～5 번식하지 못함

5～6 성장에 영향을 받음(성장이 느려짐)

6～9 정상적인 상태

9～11 성장에 영향을 받음(성장에 느려짐)

11 이상 높은 알카리로 인한 죽음에 이름

 

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