The objective of this study was to investigate the effects of bio-floc system that is composed of effective microorganisms (EM) on the microbial composition and water qualities in rearing water and the growth of Chinese white shrimp, Fenneropenaeus chinensis. To investigate the microbial composition according to the bio-floc levels, the study was conducted at 100 and 150% of bio-floc after 5 and 10 days in bio-floc system. The results showed that total bacteria count (TBC) and the counts of Latobacillus sp., Bacillus sp. and Rhodobactor sp., were significantly decreased after 5 days in bio-floc system. To assess the growth of F. chinensis according to the concentrations of bio-floc, the study was conducted at the bio-floc concentrations; 0 (control), 60, 80, 100, 120 and 140% of the prepared bio-floc for 90 days. The growth factors such as daily length and weight gain were considerably increased at the concentrations of bio-floc 100, 120, and 140% after 90 days. As water quality indicators, the values of total-N, NH4+-N and PO4--P were analyzed, and they were significantly decreased at 120 and 140% of bio-floc, compared to the control. The results demonstrated that combination of EM showed the synergic effect on removing N and P.
우리나라 새우양식은 축제식 양식장에서 반집약적인 방법으로 이루어지고 있으며, 지난 20년간 서해안을 중심으로 빠르게 증가하였으나, 2002년 이후부터는 생산량이 해마다 크게 감소하였다(Jang et al., 2007; Kim, 2010). 그 이유는 여러 요인이 있지만 바이러스성 질병, 특히 흰반점바이러스(white spot syndrome virus)에 의한 대량폐사로 때문인 것으로 알려져 있다(Chou et al., 1995; Jang, 2009). 또한, 새우 양식장에서 배출되는 사료 찌꺼기, 대사산물 및 배설물 등에서 유래된 많은 양의 질산, 아질산 및 암모니아와 같은 질소성분은 사육수의 부영양화와 이에 따른 수질악화를 초래하기 때문에 질병과 함께 가장 문제시되고 있는 점이다(Liu et al., 2004). 이러한 문제에 대한 대안으로 최근에는 물리 또는 화학적 방법보다는 친환경적이며 안정성이 확보된 Bio-floc technology (BFT) 또는 바이오플락 시스템(bio-floc system) 양식이 주목을 받고 있다(Bashan and Bashan, 2010).
바이오플락 시스템(bio-floc system)은 생산성 향상을 위하여 물을 순환시키지 않기 때문에 바이러스 및 세균이 침입하지 못하며, 다른 한편으론 양식 생물에 해롭지 않은 유용 미생물 또는 타가 영양 미생물을 이용하기 때문에 수중의 유기질소와 암모니아 등이 효과적으로 제거되어 사육수의 교환 없이도 수질을 정화할 수 있는 장점이 있다(Emerenciano et al., 2013). 또한 사육수 내 질소 성분에서 전환된 미생물이 양식 생물의 추가 단백질원 즉 양식 생물의 먹이가 되기 때문에 전체 양식 비용의 50% 이상을 차지하는 사료 비용의 절감을 가져오는 장점도 있다(Peterson et al., 2012). Bio-floc 기술의 원리는 간단하지만, 이 기술의 일반적인 기준이 모호하고, 양식기술과 그 시스템에 대한 이해가 부족하기 때문에 실제 양식에 적용하는 것은 쉬운일은 아니다(Hargreves, 2013). Cho et al. (2010)는 새우 양식에 이용되는 bio-floc에 있어 타가영양세균의 종조성과 기능에 관한 연구는 전무하다고 하였으며, 이는 타가영양세균의 대부분은 배양이 불가능한 세균으로 접근방법이 매우 어렵기 때문이라고 하였다. 특히 특정 미생물이 플락(floc) 내에서 유용 미생물로서의 효과가 있음을 입증하기 위해서는 많은 선행 연구가 수행되어야 하며(Fuller, 1992; Crab et al., 2012), 양식 호지 또는 사육수조 내에 자연적인 bio-floc을 형성하기 위해서는 미생물뿐만 아니라 균류, 원생동물, 조류 및 선형동물 등의 대량발생도 유도해야 한다. 이와 같이 bio-floc을 형성시키는 일은 쉬운 일이 아니며, 이미 형성된 bio-floc을 관리함에 있어서도 상당한 주의가 요구된다(Pérez-Rostro et al., 2014). 따라서, 본 연구에서는 이미 그 효과가 알려진 유용 미생물들을 재 조합하여 bio-floc을 인위적으로 형성시킴으로써 새우 양식에 최적화된 bio-floc 시스템을 만들기 위하여 실험을 실시하였다.
유용 미생물은 동물 사육에서 사료에 혼합하여 투여하였을 경우, 동물의 성장을 증가시키고 면역 시스템을 자극하여 질병에 대한 저항성을 높이는 장점 때문에 여러 동물 사육에 사용되어 왔고, 최근에는 어류 및 갑각류에 대해서도 연구가 진행되고 있다(Ali, 2000). 수산 양식에서 주로 사용되는 유용 미생물에는 유산균 박테리아(
본 연구에서는 대하,
대하(
모든 실험은 항온실(20±1℃)에서 실시하였고, 3 cm 가량의 모래가 바닥에 깔린 원형수조(40×40×60 cm)에 해수 180 L를 채워 치하를 입식 하였고, 실험에 사용된 수질조건은 Table 1과 같다. 실험에 사용된 bio-floc은 유용미생물인
The chemical components in seawater used in this experiment at initial experimental condition
[Table 2.] Microbial composition used in the bio-floc culture systems in this experiment
Microbial composition used in the bio-floc culture systems in this experiment
사육실험을 시작하기 전, bio-floc 활성액을 제조한지 5일과 10일 후에 bio-floc 농도 100과 150% 구간에 대하여 미생물 조성을 조사하였다. 각각의 수조에서 채수하여 멸균 생리식염수로 10배씩 단계 희석하고 미생물 종류에 따라 각기 다른 배지에 적하하여 35℃, 48h 배양한 후 세균 집락 수를 조사하였다.
Total bacteria count (TBC)는 1% NaCl을 첨가한 Nutrient Agar (NA, Difco, USA) 배지에 단계 희석한 시료를 적하하여 배양한 후 세균 집락 수를 조사하였다.
수온, pH, 용존산소량(DO), 염분은 YSI-85 DO meter (Yellow Springs Instrument, U.S.A.)와 pH meter (Istek, Inc., Korea)를 이용하여 매일 측정하였으며, 사육수를 매주 채수하여 해양환경공정시험방법(국토해양부, 2010)에 따라 화학적 산소요구량(COD), 부유물질(SS), 총질소(TN), 암모니아 질소(NH4+-N) 및 인산염 인(PO4--P)를 분석하였다.
실험에 사용한 대하는 실험에 들어가기 전 전장과 체중을 측정하였으며, 0, 60, 80, 100 및 120, 140% 농도의 bio-floc 사육수에 입식 한 후, 45일과 90일 경과 후, 전장과 체중을 측정하여 다음과 같이 일일 성장량을 구하였다.
일일 성장량(Daily growth gain) = (Wf –Wi)/ day Wf = Final length or weight Wi = Initial length or weight
실험 분석 결과에 대한 통계학적 유의성은 SPSS 통계 프로그램(SPSS Inc.)을 이용하여 ANOVA test를 실시하고, 사후검정으로 Duncan’s multiple range test를 통해
Bio-floc 시스템에 이용되는 유용 미생물 중 광합성균은 혐기성 미생물로 빈산소 또는 혐기성 조건에서 유기물을 분해하여 양식장 환경수의 수질을 개선하는 기능이 있다(White, 2000). 이전 연구에 따르면,
Bio-floc 사육수와 일반 사육수에 대하를 입식하고 45일과 90일 경과 후 사육수 내 수질 변화를 측정한 결과는 Fig. 2와 같다. 용존 산소(DO)와 화학적 산소요구량(COD)은 bio-floc 농도 및 사육일수와 관계없이 유의한 변화를 보이지 않았다. 고밀도 새우 양식에서 사육수 내 암모니아 질소의 축적은 가장 큰 제한요인 중 하나이며(Cho et al., 2010), 얼룩새우,
Luo et al. (2012)의 연구에서 광합성 균(
Cho et al. (2010)은 bio-floc을 조성하기 위하여 유용 미생물을 이용하지 않고, 사육수 비교환 방식에서 자가영양(photoautotrophic, autotrophic) 상태의 사육수를 타가영양(heterotrophic) 우점 상태로 전환시키고, 타가영양세균들이 유기물과 결합하여 미생물총(microbial floc, bio-floc)을 형성시킨다(Hopkins et al., 1999)는 점을 착안하여 흰다리 새우,
Bio-floc system 사육에 따른 치하의 생존율은 대조구와 비교하여 유의한 차이가 관찰되지 않았으며, 성장률을 조사한 결과 Fig. 3과 같이 나타났다. 체중의 경우, 대조구간은 입식 초기, 5.57±1.5 mg/day에 비하여 입식 후 45일간은 사육환경 적응 등으로 인하여 더딘 성장상태를 보였으나 90일 이후에는 34±2.6 mg/day으로 양호한 성장상태를 보였다. Bio-floc 사육수 농도에 따른 대하의 체중 성장률을 살펴보면, 45일 사육의 경우, bio-floc 농도 100% 이상에서 대조구보다 유의하게 높은 성장을 보였고, 120%에서 22.5±0.9 mg/day로 최대로 성장하였다(
Bio-floc 시스템 사육의 장점은 사료 비용 절감도 있지만, 두드러질 만큼 생산된 새우의 크기가 크다는 것도 있다. 즉, bio-floc에 의한 성장률의 증가는 이전의 연구에서도 보고된 바 있다(Moriarty, 1999; Rengpipat et al., 2000,2003; Wang and Gu, 2010). Wang and Gu (2010)는
이상의 결과, 시험에 사용한 유용 미생물을 이용하여 인공적으로 만든 bio-floc 활성 수가 사육수 수질 개선효과가 있으며, 대하 치어의 성장에 좋은 효과를 보인 것으로 보아 이 시스템을 대하 사육기술로 활용할 수 있을 것으로 기대한다.