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서 론
전 세계적으로 양식산업은 1970년대 이후로 매해 9%의 빠른 성장률을 나타내며 발전하고 있다 (FAO 2008). 우리 나라에서도 1945년부터 꾸준히 발전되어 온 우리나라 수 산양식산업은 최근 환경자정능력을 초과하는 양식장의 배출수 등으로 인해 환경악화에 따른 양식생물의 면역력 감소와 이에 따른 빈번한 질병의 발생에 어려움을 겪고 있 다. 또한, 빈번한 질병의 발생으로 인한 항생제 과다 사용 은 환경오염뿐만 아니라 항생제 내성균 발생 등 2차적인 문제를 초래하고 있다 (Kim et al. 2019). 연안환경 악화로 오염된 사육수가 유입되고 이로 인해 유수량을 늘리는 악 순환이 반복되고 있다. 이러한 양식산업의 연안오염으로 인한 한계를 해결하고 지속 가능한 양식산업의 기반을 마 련하기 위해 친환경양식에 대한 필요성이 증가하고 있다 (Emerenciano et al. 2013).
바이오플락 시스템 (Bio-floc system)은 대표적인 친환경 양식 기법 중 하나로, 유용미생물을 이용하여 수중의 암 모니아와 아질산질소를 효과적으로 제거함으로써 사육수 를 교환하지 않고, 외부 바이러스 및 세균의 침입에 영향 을 받지 않는다 (Kim et al. 2018a). 또한 바이오플락 기술 (Bio-floc technology)은 양식용수를 재사용함에 따라 높은 양식효율, 낮은 운영비용 및 환경영향 최소화 등의 장점을 가진 획기적인 기술이다 (Azim and Little 2008;Hargreaves 2013;Luo et al. 2014;Day et al. 2016). 순환침전시스템은 바이오플락 및 순환여과시스템에서 부유입자의 발생을 줄이고 침전을 통한 슬러지 제거를 통해 수질안정 및 사 육환경 개선을 위한 사육시스템 안정화 기법으로 많이 이 용되고 있다 (Jeong et al. 2016). 따라서 바이오플락은 최근 환경악화로 인한 빈번한 질병발생으로 인한 폐사문제를 해결하는 좋은 대안이 될 수 있을 것이다.
수질환경은 양식에서 안정적인 사육양성을 위한 필수 적인 요소이다. 바이오플락은 환경독립적 운영을 통해 외 부환경에 영향을 받지 않는 장점은 있지만, 수질 안정화가 이루어지지 않을 시 암모니아 쇼크 및 아질산 중독 등 양 식생물에게 악영향을 줄 수도 있다 (Kim et al. 2018b). 따 라서 바이오플락 환경에서 수질안정을 통한 지속적인 사 육양성이 동반되어야 한다. 어류의 건강상태를 판단하는 지표 중 성장은 가장 중요한 지표 중 하나이다 (Kim and Kang 2014, 2015, 2016). 바이오플락은 유용미생물 작용 으로 양식생물의 성장, 생리활성 및 면역력을 증가시킨다 (Avnimelech 2007;Kim et al. 2015).
본 실험에 이용된 넙치는 우리나라 대표적인 양식 어 종으로, 국내해산어류 생산량에 50% 이상을 차지한다 (KOSTAT 2017). 현재 넙치양식은 육상수조에서 유수식으 로 이루어지고 있으며, 하루 30~40회전까지 유수하며 많 은 양식용수를 필요로 한다. 이에 따라 유입수를 통한 외 부 세균 및 바이러스 유입에 취약하며, 매해 질병으로 인 한 지속적인 폐사가 보고되고 있다 (Kim et al. 2019). 이러 한 문제를 해결하고 지속가능한 양식산업 구축을 위한, 하 나의 대안인 바이오플락 시스템은 넙치양식에서 현재 시 작단계이며, 시스템정립이 절실히 요구되고 있다 (Kim et al. 2018a). 따라서 본 실험의 목적은 바이오플락을 이용한 넙치양식에서 시스템을 안정화하기 위해 순환침전시스템 차이에 따른 사육 수질환경 및 성장의 모니터링을 통해 바 이오플락 넙치 양식가능성 확인 및 시스템 탐색에 있다
재료 및 방법
1. 실험어 및 실험환경
본 실험에 사용한 실험어인 넙치는 평균 무게 2.69±0.35 g의 치어를 받아 바이오플락으로 6개월간 양성한 평균 무 게 685.3±36.7 g의 미성어 (300마리)를 실험에 이용하였 다. 침전시스템은 사육수조에서 침전조와 포기조를 거처 다시 사육수조로 흐르는 방식으로, 침전조의 매질은 바이 어볼 (Ø 25 mm 크기의 3 m3의 양), 파판 (54×32 cm 파판 전 복 종묘 부착 틀에 30개씩 끼워서 총 140개 수용)을 이용 하였으며, 매질이 없는 대조구를 포함하여 3종류의 시스템 을 구축하였다 (Fig. 1). 바이오플락 사육수는 기존에 넙치 를 사육하면서 조성된 안정적 수질의 바이오플락 사육수 (암모니아 0.2 mg L-1, 아질산 0.2 mg L-1, 질산 100 mg L-1)를 이용하였으며, 접종 초기 수질조건은 Table 1과 같다. 사육 실험은 수조 (5 ton) 당 50마리씩 입식 하여, 실험구간 당 2 반복으로 총 6개 수조 300마리로 사육양성하며 모니터링 을 실시하였다.
2. 수질환경
수온, 염분, 용존산소 및 pH는 휴대용 수질분석기 (YSIEXO2, YSI Inc., USA)를 이용하여, 일일 2회 측정하여 모 니터링 하였다. 수온은 겨울철 보일러 및 여름철 냉각기를 이용하여 적정 사육수온을 유지해 주었다. 염분은 담수 보 충을 이용하여 증발되어 높아진 염분을 맞추었으며, pH의 감소는 중탄산을 이용하여 일정수준으로 유지시켜 주었 다. 알칼리도 측정은 알칼리도 분석용 키트 (Merck & Co., Inc., USA)를 이용하여 매일 측정하였다.
3. 질산계 물질
암모니아, 아질산 및 질산 측정은 암모니아, 아질산 및 질산 분석용 키트 (Merck & Co., Inc., USA)를 이용하여 매 일 측정하였다. 포도당을 탄소원으로 이용하여 암모니아 수준을 안정적으로 유지했으며, 아질산 증가 시 배양하는 아질산분해미생물을 이용하였다.
4. 성장
성장률을 파악하기 위해 생체량을 매주 1회씩 측정 (3개 구간×2개 수조×10마리=60마리)하였다. 주간 측정에는 실험 생물의 스트레스를 최소화하기 위해 실험구별로 20 마리를 신속하게 저울로 측정하고 다시 사육수조에 넣는 방식을 통해 평균 무게를 측정하였다.
5. 통계분석 방법
본 실험에서 수질분석은 하루 2회 측정하였으며, 침전시 스템 (대조구, 바이어볼, 파판) 차이에 따른 월별 유의성 검 정에서 이를 활용하였다 (n=60). 성장은 주간 측정을 실 시하여 성장률을 분석하였으며, 침전시스템 (대조구, 바이 어볼, 파판) 차이에 따른 월별 유의성 검정에서 이를 활용 하였다 (n=60). 실험 분석 결과에 대한 통계학적 유의성 은 SPSS 통계 프로그램 (SPSS Inc.)을 이용하여 ANOVA test를 실시하여 Tukey’s multiple range test를 통해 p<0.05 일 때 유의성이 있는 것으로 간주하였다.
결과 및 고찰
1. 수질환경
바이오플락 넙치 사육양성 7개월간 바이오플락 순환침 전시스템 차이에 따른 월별 수질환경의 변화를 Fig. 2에 나 타내었다. 어류는 냉혈동물 (cold-blooded animal)로 온도 의 변화에 더욱 민감하게 반응하며, 온도는 어류의 성장, 발달 및 대사뿐만 아니라, 성숙, 배란, 산란, 부화, 생식소발 달을 포함하여 생리·생식과정에 영향을 미친다 (Narum et al. 2013;Kim et al. 2017a). 본 연구결과 시스템에 따른 사육수온은 대조구 16.6~22.8°C, bio-ball 16.9~22.9°C, shelter 16.8~22.4°C의 범위로 각각 나타났으며, 월별 시스 템에 따른 통계적 차이는 나타나지 않았다. 용존산소는 어 류의 대사율과 에너지 소비에 영향을 미치는 중요한 인자 이다 (Ostrand and Wilde 2001). 본 연구결과 시스템에 따 른 용존산소는 대조구 6.36~7.46 mg L-1, bio-ball 6.14~6.90 mg L-1, shelter 5.90~7.48 mg L-1의 범위로 각각 나타났으 며, 월별 시스템에 따른 용존산소의 유의적 차이는 나타 나지 않았다. 용존산소는 모든 시스템에서 적절한 수준으 로 공급되었다. 다양한 생태학적 환경요소 중 염분은 성 장뿐만 아니라 발달에도 영향을 미치는 중요한 요소이다 (Boeuf and Payan 2001). 대부분의 해산어류의 혈장이온의 항상성은 약 10~15‰이며, 에너지는 이온 및 삼투압 조절 의 대사를 위해 사용된다 (Kim et al. 2018a). 따라서 혈장 이온과 비슷한 저염분 환경은 어류의 항상성 조절을 위한 에너지 사용을 줄여줌으로써 성장을 향상시킬 수 있다. 본 연구결과 시스템에 따른 염분은 대조구 32.35~38.27‰, bio-ball 34.22~39.13‰, 그리고 shelter 34.33~37.98‰의 범위로 각각 나타났으며, bio-ball의 경우 5월, 6월 유의적 인 증가를 나타내었다 (p<0.05). 사육수를 교환하지 않고 100% 재순환하는 바이오플락 시스템의 특성상 증발에 따 른 염분증가가 나타났다. pH는 어류의 항상성 유지에 중 요한 역할을 하며, pH의 변동은 산-염기 균형 및 이온조 절의 교란을 유발한다 (Miron et al. 2008). 특히 pH는 암모 니아 및 아질산 독성에 영향을 미치는 중요한 인자이기도 하다. 낮은 pH에서 아질산 독성이 강해지며, 높은 pH에 서 암모니아 독성이 강해진다. 본 연구결과 시스템에 따른 pH는 대조구 7.04~7.49, bio-ball 6.83~7.41, 그리고 shelter 6.85~7.32의 범위로 각각 나타났으며, 월별 시스템별에 따 른 pH의 유의적 차이는 나타나지 않았다. 바이오플락 환 경에서 pH의 감소는 중탄산나트륨을 보충해 주어 적정 pH 수준을 유지하였다.
2. 질산계 물질
바이오플락 넙치 사육양성 7개월간 바이오플락 순환침 전시스템 차이에 따른 월별 질산계 성분의 변화를 Fig. 3 에 나타내었다. 질산계 물질 중 암모니아는 가장 독성이 강한 성분이며, 높은 수준의 암모니아 노출은 어류의 성장 감소뿐만 아니라 암모니아 쇼크로 인해 과다흥분 및 폐사 를 유발할 수 있다 (Kim et al. 2017b). 본 연구결과 시스템 에 따른 암모니아는 대조구 0.2~0.9 mg L-1, bio-ball 0.2~0.7 mg L-1, 그리고 shelter 0.2~1.0 mg L-1의 범위로 각각 나타 났으며, 월별 시스템에 따른 암모니아의 유의적 차이는 나 타나지 않았다. 사육기간 동안 안정적인 암모니아 수치를 유지했으며, 암모니아 수치는 포도당과 같은 탄소원을 공 급해 암모니아 수치를 감소시켜 주었다. 암모니아의 질산 화 과정 중 중간산물인 아질산은 어류의 이온조절장애를 유발할 뿐만 아니라, 적혈구의 헤모글로빈 (Hb)을 메트헤 모글로빈 (metHb)으로 산화시켜 heme 이온 산화, 저산소 증, 용혈성 빈혈 등을 유발한다 (Kim et al. 2018b). 본 연구 결과 시스템에 따른 아질산은 대조구 0.5~2.0 mg L-1, bioball 0.4~1.6 mg L-1, 그리고 shelter 0.5~2.2 mg L-1의 범위 로 각각 나타났다. Bio-ball의 경우 초기 1월에 유의적 증가 가 나타났지만, 이후 2월부터 안정적 수치로 감소되었다. 초기 이후 모든 시스템에서 아질산 수치는 안정적으로 유 지되었다. 질산은 암모니아 및 아질산에 비해 독성은 낮지 만, 높은 수준으로 장기간 지속 시 영향을 미칠 수 있는 요 소이다 (Bae et al. 2017). 본 연구결과 시스템에 따른 질산 은 대조구 33~104 mg L-1, bio-ball 48~117 mg L-1, 그리고 shelter 37~118 mg L-1의 범위로 각각 나타났으며, 월별 시 스템에 따른 질산염의 유의적 차이는 나타나지 않았다. 암 모니아 및 아질산의 질산화과정에 의해 사육기간에 따른 질산염 수치는 높아졌지만, 생물에게 영향을 미치는 수준 은 아니었다. 전반적으로 시스템별 12월부터 6월까지 7개 월간 사육수질환경은 안정적으로 유지되었다.
바이오플락 넙치 사육양성 7개월간 바이오플락 순환침 전시스템 차이에 따른 월별 평균 무게, 생존율 및 FCR의 변화를 Table 2에 나타내었다. 본 연구결과 시스템에 따른 평균 무게는 대조구 732 g에서 1,524 g으로 성장 (208%)을 나타내었다. 그리고 bio-ball 723 g에서 1,630 g으로 성장 (225%)했으며, shelter 727 g에서 1,674 g으로 성장 (230%) 했다. Bio-ball과 Shelter 구간에서 4월 대조구에 비해 유의 적인 성장을 나타내었다 (p<0.05). 최종 성장은 shelter 매 질에서 가장 높은 성장이 나타났으며, 매질을 넣지 않은 대조구에서 가장 낮게 나타났다. 본 연구결과 시스템에 따른 최종 생존율은 100% (대조구), 99% (bio-ball), 그리 고 98% (shelter)의 높은 생존율을 나타내었으며, 월별 시 스템에 따른 생존율의 유의적 차이는 나타나지 않았다. 본 연구에서 시스템별 최종 FCR (Feed coefficient ratio)은 1.2 (대조구), 1.2 (bio-ball), 그리고 1.1 (shelter)을 나타내 었다. 대조구의 경우 4월과 5월의 경우 bio-ball 및 shelter 구간에 비해 낮은 사료효율이 나타났지만, 이후 5월 비슷 한 수준으로 돌아왔다. 순환침전시스템 매질에 따른 성장 및 생존율의 차이는 있었지만, 유의적인 차이는 나타나지 않았다.
본 연구 결과 모든 순환침전매질에서 수질환경 및 성 장에서 유의적 변화 없이 안정적인 성장을 이루어냈다. 본 연구를 통해 순환침전시스템을 이용해 안정적인 바이 오플락 넙치 사육양성을 성공적으로 이루어, 순환침전시 스템을 적용한 바이오플락 넙치양식 가능성을 확인했다. 본 연구의 결과는 향후 넙치양식에서 유수식에서 바이오 플락으로의 전환을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것 이다. 지속 가능한 어류양식산업을 위해, 환경-생태친화 적인 양식기법의 도입 및 이용은 선택이 아닌 필수가 되 고 있다. 향후 바이오플락기술을 이용한 넙치 양성기술 개발을 위한 다양한 연구를 통해 고찰이 이루어져야 할 것이다.
적 요
이 연구는 초기 넙치종묘 (2.69±0.35 g)를 바이오플락으 로 6개월간 1차 양성한 넙치를 이용하여, 침전조 매질 (대 조구, 바이어볼, 파판)별 7개월간 사육양성을 수행하였다. 7개월간 모니터링 결과 수질은 초기 이후, 주요 독성물질 인 암모니아 및 아질산 1 mg L-1 이하로 안정적으로 유지되 었다. 사료계수 (FCR)는 사육 5~6개월에 대조구에서 유의 적으로 낮게 나타났지만, 사육 7개월에는 높은 성장을 나 타내며 다른 구간과 비슷한 사료계수를 나타내었다. 본 실 험에서 모든 시스템에서 안정적인 성장과 수질환경이 유 지되었으며, 본 실험 모니터링 결과는 최근 환경오염으로 문제가 되고 있는 유수식 넙치양식에서 친환경 미래양식 인 바이오플락으로의 전환을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
