고밀도 축제식 양식장의 질소역학과 대하 (Fenneropenaeus chinensis) 성장 Nitrogen Dynamics and Growing of Shrimp (Fenneropenaeus chinensis) in the High Density Aquaculture Ponds원문보기
A mathematical model is used to investigate nitrogen dynamics in the intensive aquaculture ponds in the western coast of Korea. Parameters associated with water quality, sediments and growing of shrimp (Fenneropenaeus chinensis) are measured to calibrate the model for feeding ponds A and B and stora...
A mathematical model is used to investigate nitrogen dynamics in the intensive aquaculture ponds in the western coast of Korea. Parameters associated with water quality, sediments and growing of shrimp (Fenneropenaeus chinensis) are measured to calibrate the model for feeding ponds A and B and storage ponds. The model describes the fate of nitrogen including loadings of ammonia from feeds, phytoplankton assimilation, nitrification, sedimentation, volatilization and discharge. The model obtains good agreements with the measured values of TAN $(NH_4,\;NH_3),\;NO(NO_2,\;NO_3)$ and Chl (chlorophyll a). Impacts of water exchange on TAN and Chl are investigated, showing that the range of 0.01-0.2 (/day) cannot effectively reduce TAN but reduces Chl. Nitrogen in the ponds A is removed by sedimentation $66\%,$ volatilization $8\%,$ discharge of particulate and dissolved $8\%.$ The pond B shows $56\%\;and\;26\%$ of sedimentation and volatilization, respectively, to yield $10\%.$ decrease and 8c/o increase compared to those in the pond A. While the pond A has larger area (1.02:0.66 ha) and same stocking density (0.025 md./L) at the beginning of culture, the pond B obtains higher stocking density (0.0065:0.0091 md./L), longer feeding period (103:121 day) and resultant higher shrimp production (1.15:2.13 t/ha/cycle) at harvest. This is possibly due to the hydraulic characteristics driven by paddlewheels. At low ratio of the low speed area and the pond area, the rate of sedimentation is high, while the rate of gas exchange is low. Thus, the measurement and model analysis suggest that water quality and shrimp production are positively correlated with the hydraulic characteristics in the shrimp ponds.
A mathematical model is used to investigate nitrogen dynamics in the intensive aquaculture ponds in the western coast of Korea. Parameters associated with water quality, sediments and growing of shrimp (Fenneropenaeus chinensis) are measured to calibrate the model for feeding ponds A and B and storage ponds. The model describes the fate of nitrogen including loadings of ammonia from feeds, phytoplankton assimilation, nitrification, sedimentation, volatilization and discharge. The model obtains good agreements with the measured values of TAN $(NH_4,\;NH_3),\;NO(NO_2,\;NO_3)$ and Chl (chlorophyll a). Impacts of water exchange on TAN and Chl are investigated, showing that the range of 0.01-0.2 (/day) cannot effectively reduce TAN but reduces Chl. Nitrogen in the ponds A is removed by sedimentation $66\%,$ volatilization $8\%,$ discharge of particulate and dissolved $8\%.$ The pond B shows $56\%\;and\;26\%$ of sedimentation and volatilization, respectively, to yield $10\%.$ decrease and 8c/o increase compared to those in the pond A. While the pond A has larger area (1.02:0.66 ha) and same stocking density (0.025 md./L) at the beginning of culture, the pond B obtains higher stocking density (0.0065:0.0091 md./L), longer feeding period (103:121 day) and resultant higher shrimp production (1.15:2.13 t/ha/cycle) at harvest. This is possibly due to the hydraulic characteristics driven by paddlewheels. At low ratio of the low speed area and the pond area, the rate of sedimentation is high, while the rate of gas exchange is low. Thus, the measurement and model analysis suggest that water quality and shrimp production are positively correlated with the hydraulic characteristics in the shrimp ponds.
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문제 정의
본 연구는 서해안 축제식 대하양식장의 수질, 저질 및 대하 성장에 대해 조사하고 질소역학모형을 이용하여 질소수지 및 생태계를 재현하고자 한다. 모형의 초기조건으로 두 곳의 사육호지에 동일한 사육밀도와 교환율을 산정하였으나 수차 (paddlewheel) 에 의한 순환특성은 다르게 하였다.
가설 설정
강수는 유입 유량으로 유량수지에 포함된다. 호지의 일일 교환율은 호지 체적의 약 5%이며, 유출량은 강수량과 유입 량의 합으로 가정 하였다. 수질파라미 터로는 TAN (total ammonia nitrogen), NO (nitrate and nitrite N), Chi (chlorophyll a)을 포함하였다.
제안 방법
4). TAN과 Chi이 가장 높게 관측되는 9월 1일을 기준으로 교환율 조건은 0, 0.05, 0.1에 0.1 씩 증가하여 1 (/day)까지 실험하였다. TAN의 경우 호지 A에서는 서서히 감소하여 최대감소량은 0.
, 1997). 대하생산량은 사육밀도, 체중, 호지체 적을 사용하여 구하였다. 호지 A와 B에서 생산량은 각각 1172kg (^1.
각종 변수 값에 대해서는 Table 1에 제시하였다. 대하생산량은 체중, 밀도와 양식장체적 (n?)을 이용하여 구하였다:
대하의 성장을 파악하기 위해 체장과 체중을 6월 28일부터 9월 26일까지 10일 간격으로 모두 11회 측정하였다. 매회 각 호지에서 대하 30마리 이상을 채집한 평균값을 사용하였다.
, 2002). 모형을 사육호지에 적용하여 관측값과 모형결과를 비교하여 보정하였다. 호지의 질소제거 기구를 정량적으로 비교 하였으며, 교환율이 질소와 식물플랑크톤 농도에 미치는 영향을 평가하였다.
모형을 이용하여 사육기간 동안 호지에 투여된 총질소의 거동을 계산하여 비교하였다 (Fig. 3). 호지의 수주로부터 질소 가 제거되는 기구는 침강, 휘발, 배수에 의한 입자성, 용존성 질소의 감소를 포함한다.
사육수 교환율이 TAN과 Chi의 농도에 미치는 영향을 모형 실험을 통해 조사하였다 (Fig. 4). TAN과 Chi이 가장 높게 관측되는 9월 1일을 기준으로 교환율 조건은 0, 0.
사료량과 수온은 매일 측정되었다. 수질 및 저질 항목에 대해서는 7차례 (6월 10일, 6월 24일, 7월 26일, 8월 19일, 9월 1일, 9월 23일, 10월 1일)에 걸쳐 호지 a, B, Rl, R2에서 층별 (0, 0.5, 0.8, 1, 1.5, 2 m)로 관측되었다. 수질항목에는 암모니아성 질소, 질산성 질소, 아질산성 질소, 무기 인, 용존산소, pH, Chl-a를 포함한다.
호지의 질소제거 기구를 정량적으로 비교 하였으며, 교환율이 질소와 식물플랑크톤 농도에 미치는 영향을 평가하였다. 아울러, 대하 생산량과 수질 및 수리 역학적 환경요인의 상관관계에 대해 해석하였다.
암모니아 휘발속도가 TAN 농도에 미치는 영향을 모형실험을 통해 조사하였다 (Fig. 5). TAN과 CM。] 가장 높게 관측되는 9월 1일을 기준으로 휘발속도는 0 에서 0.
27 kg/n?이다. 투여량은 대하성장에 따라 일정하게 증가하 나, 수온하강과 강수로 인해 급격한 환경변화가 발생할 경우 대하가 먹이를 먹지 않는 습성을 고려하여 관리자가 먹이투여 를 조절하였다.
저질항목은 화학적 산소요구량, 황화수소, 강열감량을 포 함한다. 현장에서 관측할 수 없는 항목에 대해서는 시료를 밀폐된 용기 혹은 비닐봉지에 넣어 냉동박스를 이용하여 실험 실로 운반한 후 실험하였다 (Parsons et al., 1984).
모형을 사육호지에 적용하여 관측값과 모형결과를 비교하여 보정하였다. 호지의 질소제거 기구를 정량적으로 비교 하였으며, 교환율이 질소와 식물플랑크톤 농도에 미치는 영향을 평가하였다. 아울러, 대하 생산량과 수질 및 수리 역학적 환경요인의 상관관계에 대해 해석하였다.
대상 데이터
본 연구는 전북 고창군에 위치하는 대하양식장에서 수행되었다. 사육종은 보리 새우 보리 새우속에 속하는 대하 (Fenneropenaeus c如이다.
양식장은 9개의 사육호지와 2개의 저장호지로 구성되어 있다. 본 연구에서는 사육호지 A, B와 저장호지 R1과 R2를 사용하였다. 호지 면적은 각각 1.
호지의 일일 교환율은 호지 체적의 약 5%이며, 유출량은 강수량과 유입 량의 합으로 가정 하였다. 수질파라미 터로는 TAN (total ammonia nitrogen), NO (nitrate and nitrite N), Chi (chlorophyll a)을 포함하였다. 이들의 생지화학적반응은 식 1에서 유입•유 출 항과 체적을 제거하였을 때 각기 아래와 같다 (Lorenzen et al.
양식장의 환경조사는 치하가 입식되는 2001년 5월 27일부터 사육이 종료되는 10월 1일까지 이루어졌다. 사료량과 수온은 매일 측정되었다.
이론/모형
매회 각 호지에서 대하 30마리 이상을 채집한 평균값을 사용하였다. 호지내 모든 대하의 연령과 크기가 같을 때, 대하의 체중과 사육밀도는 von Bertalanffy growth function (VBGF)과 지수함 수적 사망모델을 사용하여 구하였다 (Gulland, 1983):
성능/효과
5:1 임에도 불구하고 총생산량은 1丄2로 감소하였다. 8월까지 대하의 체중과 체장 은 호지 B가 크고, 9월 환경악화로 호지 A는 日에 비해 18일 일찍 수확된 것으로 보아, 호지 B의 서식환경은 A에 비해 양호한 것으로 판단되었다.
2 mg/L인 것으로 보아 산소공급은 충분한 것으로 보이나 호지의 순환특성에 따라 국부적 인 DO 분포는 낮을 수도 있을 것으로 생각되었다. SS는 사육호지에서 21.4-67.9 mg/L, 저장호지에서 평균 20 mg凡인 것으로 보아 사육호지 의 물질수지 와 순환특성에 따른 증분은 약 50 mg/L 인 것으로 파악되었다 (Table 2).
섭식된 양 중 80-90%가 장으로 흡수되어, 이 중 20-25% 만이 생물성장에 사용된다. 결과적으 로 호지에 투여된 사료의 15-20% 만이 성장에 사용되고 나머지 80-85%는 암모니아로 사육수로 공급된다. (Folke and Kautsky, 1989).
즉, 대하의 사료계수 (=사료총급이량/증육량)가 작은 것을 의미한다. 계산결과, 사료계수는 호지 A와 B에서 각각 평균 1.6과 1.3으로 나타났다.
이는 교환율이 일정값 이상일 때, 사육호지의 농도는 저장호지의 농도에 지배됨을 보이고 있다. 교환율증가는 TAN 농도를 감소시키는데 효과적이지 않았으나, Chi의 농도는 상당히 감소시키는 것으로 나타났다. 실험결과는 동남아시아 지역에서 행하여지고 있는 새우양식장의 일반적인 교환율과 태국에서의 실험결과와도 잘 일치하는 것으로 나타났다 (Lorenzen et al.
대하의 체장과 체중 관측결과 호지 B가 A에 비해 각기 20-2, 25-4% (=(B관측값-A관측값)/B관측값) 큰 것으로 나타 났다 (Fig. 6). 이는 8월 15일까지 유지되다 8월 28일과 9월 1일에는 유사하게 나타났다.
강한 유속은 물질 및 DO 등이 수평 및 연직방향에서 잘 혼합되고 세립질 유기물이 부유하도록 하여, 퇴적율을 감소시키고 DO 감소에 의한 환원환경을 방지하는 역할을 한다. 따라서, 강한 유속구간이 상대적으로 많은 호지 B가 A에 비해 환경이 양호할 수 있다고 판단되었다.
(Lovell and Broce, 1985). 본 연구에서 남조 류에 대한 동정자료는 없으나, 호지 저층의 색과 생물번식 양상을 보아 남조류로 의심되는 현상이 사육호지에서 장기간 발생되었다. 사육호지의 낮은 N/P비는 남조류의 발생에 영향을 미칠 것으로 생각되었다.
0 mg/L (Boyd and Tucker, 1998) 등이 있다. 본 연구의 관측값은 기존자료에 비해 낮으며, 이는 사육밀도가 작기 때문에 TAN의 공급원인 사료 와 대하생체량이 감소한 까닭으로 생각되었다. 최대농도는 대하가 폐사하며 수질이 가장 악화되는 시기에 관측되었다.
(Folke and Kautsky, 1989). 실험결과 TAN 부하량은 이론적으로 계산된 사료량의 5.7% 보다 작은 3%와 0.5%로 보정되었다. 이에 대한 원인은 급이사료 중 많은 부분이 대하의 체중으로 사용된 것으로 생각되었다.
1 씩 증가하여 1 (/day)까지 실험하였다. 일반적으로 예상된 바와 같이, TAN 농도는 호지 A와 B에서 급격히 감소하여 휘발속도 0.6/day에서 일정하게 유지되었으며 농도는 최대값에 비해 약 50% 감소 하였다.
, 2000), 일반적인 방류수 농도 4-12 mg/L (Boyd and Tucker, 1998) 등이 보고된 바 있다. 최소관측값이 6.2 mg/L인 것으로 보아 산소공급은 충분한 것으로 보이나 호지의 순환특성에 따라 국부적 인 DO 분포는 낮을 수도 있을 것으로 생각되었다. SS는 사육호지에서 21.
호지 A에서 Chi이 상승한 8월 19일 수온은 매우 높고, TAN과 NO는 높 지 않았으나 PQrP가 높아 N/P비는 가장 작았다. 호지 B에서 Chi이 상승한 9월 1일 수온은 높고, TAN과 NO는 매우 높고, PO4-P 높아 N/P비는 호지 B에서 6월 자료를 제외하고는 가장 높았다.
후속연구
따라서 호지의 가장자리는 얕은 수심과 강한 흐름에 의해 비교적 산화환경이 유지되고 중앙은 수온증가와 용존산소 감소로 인해 환원환경이 발생할 가능성이 있다. 향후, 호지의 가장자리와 중앙에서 관측이 동시에 이루어져야 전체의 수질 을 정확히 파악할 수 있을 것으로 생각되었다. 한편, NO2 -N의 독성에 따른 Penaeus 〃의 최대허용농도 2 mg/L (Chen and Chen, 1992)를 고려하였을 때, 사육호지에서 NO2-N 농도 는 대하의 생육에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 생각되었다.
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