[논문]사료 내 일인산칼륨(MKP) 수준이 Hybrid 바이오플락(BFT) 아쿠아포닉 시스템 내 메기(Silurus asotus) 및 엽채류 4종의 생산성과 수질변화에 미치는 영향

이동훈; 김진영; 임성률; 김달영; 김주민; 신승준; 김정대

doi:10.5657/kfas.2019.0159

사료 내 일인산칼륨(MKP) 수준이 Hybrid 바이오플락(BFT) 아쿠아포닉 시스템 내 메기(Silurus asotus) 및 엽채류 4종의 생산성과 수질변화에 미치는 영향
Effect of Dietary Monobasic Potassium Phosphate Levels on Water Quality and the Growth of Far Eastern Catfish Silurus asotus and Four Leafy Vegetables in a Hybrid Biofloc Technology Aquaponic System 원문보기

한국수산과학회지 = Korean journal of fisheries and aquatic sciences, v.52 no.2, 2019년, pp.159 - 172

이동훈 (경기도해양수산자원연구소) , 김진영 (경기도농업기술원) , 임성률 (경기도해양수산자원연구소) , 김달영 (경기도해양수산자원연구소) , 김주민 (세븐필라) , 신승준 (강원대학교) , 김정대 (강원대학교)

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This study investigated the effects of dietary monobasic potassium phosphate (MKP) on the growth of the far eastern catfish Silurus asotus and four leafy vegetables in a hybrid biofloc technology aquaponic system. To an experimental diet containing 45% protein and 7% lipid, 1, 2, 3 or 4% MKP was added and was designated as MKP1, MKP2, MKP3, and MKP4, respectively. The optimum MKP levels were determined for the growth of fish and four leafy vegetables over 10 weeks. After the 10-week feeding trial, weight gain, feed efficiency, specific growth rate and protein efficiency ratio were higher in the fish groups fed MKP2 and MKP3 than in the other groups (P<0.05). The growth of the four leafy vegetables was also higher in the fish groups fed MKP2 and MKP3. Water quality [dissolved oxygen, pH, water temperature, electrical conductivity, turbidity, total ammonia nitrogen (TAN), $NO_2-N$, $NO_3-N$ and $PO_4-P$] was measured six times a week using a portable water quality meter and reagent measurements. The TAN (4.58-20.40 mg/L), $NO_3-N$ (24.12-52.40 mg/L) and $PO_4-P$ (20.38-48.48 mg/L) levels increased with time, while the $NO_2-N$ level remained below 0.1 mg/L throughout the study.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Compartments of the experimental design (left). (A) two vegetable beds(L 1.5×W 1.5 m×H 0.6 m per bed), (B) two fish rearing tanks(L 1.5 m×W 1.5 m×H 0.6 m per tank), (C) sump tank, (D) pump (0.5HP), (E) biohelix filter tank (80 L). Water flow, (A)→(B)→(C)→(D)→(E)→(A). Four experimental groups were composed of two replicates each (right).
표 Table 1. Ingredient composition of the experimental diets
표 Table 2. Chemical composition of the experimental diets¹
표 Table 3. Growth performance of far eastern catfish Silurus asotus fed diets with graded levels of monobasic potassium phosphate (MKP) for 10 weeks¹
표 Table 4. Growth of four leafy vegetables in aquaponic system for 23 days
표 Table 5. Proximate composition (%, as-is basis) of whole body of far eastern catfish Silurus asotus fed diets with graded levels of monobasic potassium phosphate (MKP) for 10 weeks¹
표 Table 6. Change of water quality (DO, pH, Temperature, EC and Turbidity) of MKP1, MKP2, MKP3 and MKP4 groups in aquaponic system with hybrid BFT (biofloc tech) for 10 weeks¹
표 Table 7. Change of water quality (TAN, NO₂-N, NO₃-N and PO₄-P) of MKP1, MKP2, MKP3 and MKP4 groups in aquaponic system with hybrid BFT (biofloc tech) for 10 weeks¹
그림 Fig. 2. Polynomial regression analysis on weight gain (WG, %) of far eastern catfish Silurus asotus by dietary monobasic potassium phosphate (MKP) levels.
표 Table 8. Hematological analysis of far eastern catfish Silurus asotus fed graded levels of monobasic potassium phosphate (MKP) in aquaponic system with hybrid BFT (biofloc tech) for 10 weeks¹
그림 Fig. 3. Growth of four leafy vegetables in aquaponic system for 23 days. (A) MKP1, (B) MKP2, (C) MKP3, (D) MKP4. MKP, Monobasic potassium phosphate.
표 Table 9. Nutrient concentrations in fish tank and vegetable bed of each experimental group for 10 weeks¹

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 UVI 아쿠아포닉스 시스템은 양식의 RAS 생산방법에 수경재배지를 결합한 것으로 시설비 문제와 시스템 운영의 복잡성을 가지고 있다. 본 연구의 목적은 아쿠아포닉스 생산의 효율성 증대를 위해 어류양식에 사용되는 배합사료 만으로 식물에 공급하는 영양소를 충당할 수 있도록 기존 상업용 사료에 사용되는 인 제재를 일인산칼륨(monobasic potassium phosphate, MKP)으로 대체하고, 더불어 종속 및 독립영양미생물이 혼합된 유용미생물을 활용한 hybrid BFT 생산 방식을 적용하여 현재의 시스템을 단순화하는 방향을 제시하고자 하였다.

제안 방법

10주간 어류 사육실험 종료 후, 일인산칼륨(Monobasic potassium phosphate, MKP)이 첨가된 4개 시험구의 메기 혈액성상 변화 조사를 위해 24 h 사료절식이 이루어졌다. 이 후 어류 마취제인 MS-222 (Wojin B&G Ltd.
0이하로 떨어질 때까지 지속적으로 사육수조에 투입하였다(12톤 수량 기준 판매되는 탄산가스 1통을 10일간 사용). 2-3일 간격으로 유용 미생물을 투입하였으나, pH 6.0 이하부터는 NO₂-N이 증가할 때 유용미생물을 투입하였고, 안정적인 수질 유지 시 중단하였다.
-P mg/L를 측정하였다. DO, pH, 수온, EC와 탁도는 현장 수질측정기인 YSI PRODSS (YSI Inc., USA)를 사용하였고, TAN, NO₂-N, NO₃-N와 PO₄-P는 분석시약(NitraVer^ⓡX Reagent Set 2605345-KR, Low Range Ammonia Reagent Set 2604545-KR, NitriVer^ⓡ3 Reagent Set 2608345-KR, PhosVer^ⓡ3 Phosphater Reagent, HACH Ltd., USA)과 다목적 수질측정기인 DR5000 (HACH Ltd., USA)을 이용한 비색법으로 분석하였다. 또한 식물생산 4주 실험 종료 후, 각 시험구의 미량원소인 K (mg/L), Ca (mg/L), Mg (mg/L), Na (mg/L), Fe (mg/L), Zn(mg/L), Mn (mg/L) 및 Cu (mg/L)는 유도결합플라즈마 분광광도계(ICP-OES Optima 8300, Perkin Elmer Co.
,Germany)를 이용하여 혈장(plasma) 분리 후 glutamic oxaloacetic transaminase (GOT, U/L), glutamic pyruvic transaminase (GPT, U/L), glucose (GLU, mg/dL), inorganic phosphorus (Pi, mg/ dL), Na (mEq/L), K (mEq/L)와 Cl (mEq/L)을 분석하였다. PCV는 HAEMATOKRIT 210 (Hettich Ltd., Germany)을 이용하여 분석하였으며, Hb 등 다른 혈액 요소는 시판되는 임상진단키트(Fuji DRI-CHEM slide, Fuji photo film co. Ltd., Japan)와 함께 혈액분석기(DRI-CHEM 3500 I, FujifilmLtd., Japan)를 이용하여 분석하였다.
, USA)을 이용한 비색법으로 분석하였다. 또한 식물생산 4주 실험 종료 후, 각 시험구의 미량원소인 K (mg/L), Ca (mg/L), Mg (mg/L), Na (mg/L), Fe (mg/L), Zn(mg/L), Mn (mg/L) 및 Cu (mg/L)는 유도결합플라즈마 분광광도계(ICP-OES Optima 8300, Perkin Elmer Co., USA)로, Cl(mg/L) 및 SO₄(mg/L)는 이온크로마토그래피(930 Comact IC Flex, Metrohm Co., USA)를 사용하여 분석하였다.
시스템 내 사육수는 직경(외경) 50 mm PVC관을 통해 어류사육수조, 섬프수조와 여과기를 거쳐 직경(외경) 25 mmPVC관을 통해 식물베드지로 유입된 후 다시 어류 사육지로 순환되도록 하였다. 또한, 우천 시 대비하여 식물베드 위에 광이 잘 투과되는 비닐을 설치하여 실험기간 동안 유지하였다.
실험에 사용된 메기는 경기도에 위치한 세종수산(여주시)에서 1,000마리를 구입한 후, 150-210 g의 개체 480마리를 선별하여 사용하였다. 본 사육실험에 앞서 어류들은 제작된 MKP2 사료에 적응되었으며, 실험 전 24 h 절식한 후 어류의 체중 측정이 수행되었다. 어체 측정은 개별 측정하였으며, 2반복 4개 시험구 8개 수조에 평균 186 g 내외 개체 60마리가 각각 수용되었다.
어체 측정은 개별 측정하였으며, 2반복 4개 시험구 8개 수조에 평균 186 g 내외 개체 60마리가 각각 수용되었다. 사료공급은 미섭취 사료에 의한 식물생산성의 오차 배제를 위해 어체중 당 0.5%로 제한하여 1일 2회 공급하였다. 실험은 10주간 진행되었으나 엽채류는 어류의 사료 적용 6주 후 입식되어, 10주간의 어류성장 실험과 4주간의 엽채류 성장 시험이 진행되었다.
수질측정은 1주 6회 용존산소(DO, mg/L), pH, 수온(℃), 전기전도도(electrical conductivity, EC; μs/cm), 탁도(NTU), TAN mg/L, NO2-N mg/L, NO3-N mg/L와 PO4-P mg/L를 측정하였다.
산소공급을 위해 에어공급관을 설치하여 6개의 유니분산기(30 cm)를 사용하였고, 식물베드지에 2개, 어류 사육지 4개로 분리하여 사용하였다. 시스템 내 사육수는 직경(외경) 50 mm PVC관을 통해 어류사육수조, 섬프수조와 여과기를 거쳐 직경(외경) 25 mmPVC관을 통해 식물베드지로 유입된 후 다시 어류 사육지로 순환되도록 하였다. 또한, 우천 시 대비하여 식물베드 위에 광이 잘 투과되는 비닐을 설치하여 실험기간 동안 유지하였다.
실험사료 4종의 수분(moisture), 조단백질(crude protein), 조지방(crude lipid), 조회분(crude ash), 조섬유(crude fiber), Mg, Fe, Cu, Mn, Zn, K, Ca 및 P 성분분석은 부경대학교 사료영양 연구소에 의뢰하여 분석하였다.
실험어의 사료절식 24 h 후, 어체중 측정은 어류마취제인 MS222 (Wojin B&G Ltd., Korea)로 마취시킨 후 개별 무게로 측정 하였다.
실험에 사용된 4종류의 사료는 조단백질 함량이 45%, 조지방 함량이 7% 전후가 되도록 실험사료를 설계하였으며, 인 공급원으로 MKP를 각 1, 2, 3 및 4% 첨가하여 사료 내 P와 K 함량이 증가하도록 하였다(Table 1). 설계된 실험사료는 사조동아원㈜ 당진사료공장(충청남도 당진시)에서 직경 6 mm 내외 부상 EP(extruded pellet) 사료로 제작하였으며, 시판되는 상업용 배합사료와 같은 20 kg 단위로 포장 후 냉동(-20℃)보관하여 실험에 사용하였다.
실험에서 MKP의 사료 내 첨가가 어체의 성분변화에 어떠한 영향을 미치는지에 대해 알아보기 위해 실험 전 최초 메기 샘플과 실험 후 샘플을 부경대학교 사료영양연구소에 분석 의뢰하였다. 2마리를 1개 샘플로 하여 각 시험구 당 6점의 샘플을 분석하여 결과에 사용하였다.
5%로 제한하여 1일 2회 공급하였다. 실험은 10주간 진행되었으나 엽채류는 어류의 사료 적용 6주 후 입식되어, 10주간의 어류성장 실험과 4주간의 엽채류 성장 시험이 진행되었다. 실험에 사용된 엽채류는 상추 4 품종 롤로로사(Lollo-rossa), 아바타(Avatar), 카이피라(Caipira), 흑로메인(Heuk-Romaine)이었으며, 경기도농업기술원 육묘용 온실에서 육묘한 개체를 입식하여 사용하였고, 각 시험구별 4종 엽채류 96개체가 사용되었다.
이 후 어류 마취제인 MS-222 (Wojin B&G Ltd., Korea)로 마취시킨 다음 헤파린(Heparin sodium salt from porcine intestinal mucosa,K3333-10KU, Sigma-Aldrich., Germany)을 처리한 1 cc 주사기를 사용하여 미부정맥에서 시험구 별 6마리의 혈액을 샘플링하였다.
(2017)의 방법에 준하여 사료 공급과 함께 유기탄소원인 정제 포도당을 계산하여 혼합미생물과 함께 아쿠아포닉스 시스템 내 섬프수조에 투입한 후 BFT 양식방법을 적용하여 수질을 유지하였다. 이후 유기탄소의 공급은 중단하고 무기탄소원으로 이산화탄소(탄산가스)를 pH가 6.0이하로 떨어질 때까지 지속적으로 사육수조에 투입하였다(12톤 수량 기준 판매되는 탄산가스 1통을 10일간 사용). 2-3일 간격으로 유용 미생물을 투입하였으나, pH 6.
, Germany)을 처리한 1 cc 주사기를 사용하여 미부정맥에서 시험구 별 6마리의 혈액을 샘플링하였다. 전혈은 Hemoglobin (Hb, g/dL)과 PCV (Hematocrit,%) 분석에 사용하였고, 이 후 4℃, 12,000 rpm, 10 min의 조건이 설정된 원심분리기(Centrifuge 5415 R, Eppendorf Ltd.,Germany)를 이용하여 혈장(plasma) 분리 후 glutamic oxaloacetic transaminase (GOT, U/L), glutamic pyruvic transaminase (GPT, U/L), glucose (GLU, mg/dL), inorganic phosphorus (Pi, mg/ dL), Na (mEq/L), K (mEq/L)와 Cl (mEq/L)을 분석하였다. PCV는 HAEMATOKRIT 210 (Hettich Ltd.
(2016)는 일반적으로 아쿠아포닉 시스템에서는 양어 사육조 내 어류의 밀도에 따라 수치는 변화하나 질산염은 충분히 발생하며, P, Ca, Fe 및 K는 식물의 최적 성장을 위해 많이 부족하다고 보고하였다. 현재 실험에서는 아쿠아포닉 시스템 내 식물 성장에 최대 부족 요인으로 주목되는 K의 극복과 더불어 P의 농도도 상승시키기 위해 기존 상업용 사료에 사용되고 있는 MCP, DCP 또는 TCP와 같은 인산염 제제를 일인산칼륨(MKP)으로 대체하였고, 추가적으로 KCl도 사료 내 0.5% 첨가하였다. 사료 내 MKP 농도에 따른 10주간 메기 성장 결과 MKP2와 MKP3구는 유사한 성장 효과를 나타내었으나, MKP1 및 MKP4구는 성장 요인(WG, FE, PER, SGR)들이 낮게 평가되었다.

대상 데이터

실험에서 MKP의 사료 내 첨가가 어체의 성분변화에 어떠한 영향을 미치는지에 대해 알아보기 위해 실험 전 최초 메기 샘플과 실험 후 샘플을 부경대학교 사료영양연구소에 분석 의뢰하였다. 2마리를 1개 샘플로 하여 각 시험구 당 6점의 샘플을 분석하여 결과에 사용하였다.
실험에 사용된 4종류의 사료는 조단백질 함량이 45%, 조지방 함량이 7% 전후가 되도록 실험사료를 설계하였으며, 인 공급원으로 MKP를 각 1, 2, 3 및 4% 첨가하여 사료 내 P와 K 함량이 증가하도록 하였다(Table 1). 설계된 실험사료는 사조동아원㈜ 당진사료공장(충청남도 당진시)에서 직경 6 mm 내외 부상 EP(extruded pellet) 사료로 제작하였으며, 시판되는 상업용 배합사료와 같은 20 kg 단위로 포장 후 냉동(-20℃)보관하여 실험에 사용하였다.
실험에 사용된 메기는 경기도에 위치한 세종수산(여주시)에서 1,000마리를 구입한 후, 150-210 g의 개체 480마리를 선별하여 사용하였다. 본 사육실험에 앞서 어류들은 제작된 MKP2 사료에 적응되었으며, 실험 전 24 h 절식한 후 어류의 체중 측정이 수행되었다.
실험은 10주간 진행되었으나 엽채류는 어류의 사료 적용 6주 후 입식되어, 10주간의 어류성장 실험과 4주간의 엽채류 성장 시험이 진행되었다. 실험에 사용된 엽채류는 상추 4 품종 롤로로사(Lollo-rossa), 아바타(Avatar), 카이피라(Caipira), 흑로메인(Heuk-Romaine)이었으며, 경기도농업기술원 육묘용 온실에서 육묘한 개체를 입식하여 사용하였고, 각 시험구별 4종 엽채류 96개체가 사용되었다.
아쿠아포닉스 생산을 위한 실험 시스템은 Fig. 1와 같이 1개 시험구별 어류 사육수조(L 1.5 m×W 1.5 m×H 0.6 m) 2개, 식물베드(L 1.5 m×W 1.5 m×H 0.1 m) 2개, 펌프(0.5 HP) 1개 및 바이오헬릭스 여과기(Isan M Tech. Ltd., Korea) 1개로 구성되었으며, 4개조의 시험구가 야외에 설치되었다.
본 사육실험에 앞서 어류들은 제작된 MKP2 사료에 적응되었으며, 실험 전 24 h 절식한 후 어류의 체중 측정이 수행되었다. 어체 측정은 개별 측정하였으며, 2반복 4개 시험구 8개 수조에 평균 186 g 내외 개체 60마리가 각각 수용되었다. 사료공급은 미섭취 사료에 의한 식물생산성의 오차 배제를 위해 어체중 당 0.

데이터처리

메기의 증체율에 기반한 사료 내 최적 MKP 수준 분석은 2차 다항식 회귀분석을 이용하였으며, 모든 통계분석의 유의수준은 5% (P<0.05)에서 결정되었다.
실험구별 각 변수에 대한 유의차가 발견되었을 시, 사후검정은 Duncan’s multiple range test 분석을 이용하였다(Duncan,1955).
어류의 성장실험에서 얻어진 모든 자료[개시어체중, 종료어체중, 증체율, 사료효율(feed efficiency, FE), 일간성장률(specific growth rate, SGR), 단백질이용효율(protein efficiency ratio, PER), 일간사료섭취율(daily feed intake, DFI), 생존율, 전어체]의 변수는 SPSS Version 10 (SPSS, 1999) 프로그램의 일원분산분석(one-way ANOVA)을 이용하여 분석하였다. 분석에 앞서 모든 자료의 변량의 동질성(homogeneity of variance)은 Cochran’s test (Sokal and Rohlf, 1995)를 이용하여 확인하였다.

이론/모형

분석에 앞서 모든 자료의 변량의 동질성(homogeneity of variance)은 Cochran’s test (Sokal and Rohlf, 1995)를 이용하여 확인하였다.

성능/효과

10 주간 어류 사양실험과 4주간의 엽채류 생산실험 후, MKP수준(1, 2, 3, 4%) 별 메기 및 엽채류 성장은 MKP2와 MKP3구에서 높은 생산성을 나타내었다. Yoon et al.
05). DFI는 모든 시험구에서 유의한 차이를 보이지 않았으며 0.45% (MKP2,MKP3)에서 0.46% (MKP1, MKP4)의 값을 보였다. 4종류의 엽채류 생산 시험결과는 Table 4에 나타내었다.
, 2017)되어 암모니아의 독성이 억제됐기 때문이라 사료된다. EC도 지속적으로 상승되어 실험 종류 후 시점에는 수경재배(hydroponics)에서 사용되는 범위(0.5에서 1.2 s/cm)에 도달하였고, 탁도도 일정하게 유지되어 식물 뿌리에 biofilm 현상도 관찰되지 않았다. Lee et al.
Hybrid BFT 아쿠아포닉스 생산에서 성장한 메기의 혈액 성상 분석 결과, Yoon et al. (2014)이 보고한 메기(far eastern catfish)의 혈장 내 PCV (35.3에서 37.7%), Hb (9.0에서 10.4 g/ dL), GPT (6.2에서 8.0 IU/L) 그리고. Pi (11.
MKP2구가 WG 19.34±0.31%, FE 59.25±1.76%, SGR 0.27±0.00% 및 PER 1.19±0.04%로 모든 시험구에서 유의적으로 높은 값을 나타내었으나(P0.05).
시험구별 각 엽채류 4종에 대하여 24개체씩 초기 입식 계획(시험구별 총 96개체)이었으나, 초기 엽채류의 구분이 잘 되지 않은 관계로 시험 종료 시 시험구별 엽채류 종류에 따른 개체수의 차이가 나타났다. MKP2구와 MKP3구의 4종류 엽채류 생산성은 총중량 9,461.80 g (엽중량 8,152.24 g), 총중량 9.407.88 g (엽중량 8,096.94 g)으로 MKP1, MKP4에 비해 높은 값을 보였다. MKP1의 생산성은 총중량 3.
20% (MKP2)의 값을 보였다. MKP의 사료 내 첨가수준이 높아짐에 따라 P와 K의 값이 상승됨을 알 수 있으며, MKP1의 경우 P 함량은 1.58%, K 함량은 10,626 ppm로 가장 낮은 값을 나타내었고, MKP2는 P 함량 1.89%, K 함량 14,281 ppm, MKP3는 P 함량 2.13%, K 함량 16,499 ppm 그리고, MKP4는 P 함량 2.47%, K 함량 18,984ppm으로 분석되었다.
유기탄소 투입 중단 후, 실험 3주부터 지속적으로 무기탄소인 CO₂를 공급하여 독립영양세균의 질산화 과정 활성을 증대시켰으며, 이에 따라 pH도 감소하였다. NO₂-N은 실험 6주 후부터 어류에게 전혀 독성을 유발할 수 없는 낮은 농도로 일정하게 유지되었으나, NO₃-N와 TAN은 동시에 증가하였다. Kim et al.
62 mg/L로 실험 시작 6주부터 수치가 지속적으로 상승하는 경향을 보였다. NO₂-N의 경우 MKP1는 실험 초기 0.216 mg/L에서 실험 종료 시 0.090 mg/L 값의 범위를 보였고, MKP2구는 0.245에서 0.055 mg/L, MKP3구는 0.322에서 0.036 mg/L 그리고 MKP4구는 0.320에서 0.061 mg/L으로 실험 시작 6주 후부터 모두 실험구에서 0.1 mg/L 이하의 값을 나타내었다. PO₄-P의 경우 MKP1는 실험 초기 0.
1 mg/L 이하의 값을 나타내었다. PO₄-P의 경우 MKP1는 실험 초기 0.48 mg/L에서 실험 종료 시 44.54 mg/L 값의 범위를 보였고, MKP2구는0.56에서 47.98 mg/L, MKP3구는 0.58에서 46.48 mg/L 그리고 MKP4구는 0.56에서 48.48 mg/L으로, 실험 시작 후부터 모든 시험구에서 지속적인 상승 경향을 나타내었다.
Pi와 K의 항목을 제외한 나머지 혈액 항목은 시험구별 유의성이 발견되지 않았으며(P>0.05), Pi와 K의 값은 MPK2와 MKP3구에서 유의성 있게 높게 나타났다(P<0.05).
60 mg/L의 값을 나타내었다. TAN의 경우 MKP1구는 실험 초기 0.10 mg/L에서 실험 종료 시 19.12 mg/L 값의 범위를 보였고, MKP2구는 0.12에서 20.40 mg/L, MKP3구는 0.07에서 20.22 mg/L 그리고 MKP4구는 0.08에서 18.62 mg/L로 실험 시작 6주부터 수치가 지속적으로 상승하는 경향을 보였다. NO₂-N의 경우 MKP1는 실험 초기 0.
실험사료 4종의 조단백질, 조지방, 조회분, 조섬유, Ca, P, Mg, Fe, Cu, Mn, Zn 및 K 함량은 Table 2에 제시된 바와 같다. 각 실험사료의 조단백질 및 조지방 함량은 44.51% (MKP1)에서 46.46% (MKP3) 및 6.60% (MKP3)에서 7.20% (MKP2)의 값을 보였다. MKP의 사료 내 첨가수준이 높아짐에 따라 P와 K의 값이 상승됨을 알 수 있으며, MKP1의 경우 P 함량은 1.
0 이하에서는 활성이 저해되어 질산화 과정 중 암모니아를 아질산으로 전환이 어렵다고 했고, 이에 따라 질산염의 수치도 더 이상 증가하지 않는다고 하였다(Thorarinsdottir RI, 2015). 그러나 본 실험에서 결과는 기존 이론과는 상이하게 암모니아와 질산염이 동시에 상승하였는데 이는 실험에서 사용된 종속영양세균인 3종의 Bacillus에 의한 질산화 과정 수행의 결과로 추측된다. 물에서 NH₃(암모니아)와 NH₄⁺(암모늄)은 pH와 온도에 따라 평형을 이룬다.
(2018)의 연구결과에 의하면 BFT 양식방법을 적용한 아쿠아포닉스 생산에서 식물생산은 수경재배 대비 생산성이 50% 정도로 낮은 문제점이 있었다. 그러나 아쿠아포닉 생산방법에서 권장하는 pH보다 저pH 상태로 유지하면서 hybrid BFT 방법을 적용 시 엽채류 4종은 초기 종묘 입식 후 23일 경과하여 포기 수확이 가능할 정도로 성장하여, 어류의 배합사료 내 MKP첨가 효과뿐만 아니라 수질환경 조성도 아쿠아포닉스의 중요한 요소임을 나타내고 있다.
사료 내 MKP 농도에 따른 10주간 메기 성장 결과 MKP2와 MKP3구는 유사한 성장 효과를 나타내었으나, MKP1 및 MKP4구는 성장 요인(WG, FE, PER, SGR)들이 낮게 평가되었다. 따라서 사료 내 MKP를 첨가 시 적정 수준 이상의 농도는 어류 성장에 큰 도움이 되지 않음을 나타내며, 메기의 증체율에 기반한 2차 다항식 회귀분석을 통한 사료 내 최적 MKP 첨가 수준은 2.77% 임을 알 수 있다(Fig. 2). 실험에서 나타난 식물의 생산성 측면에서도 사료 내 최적 MKP 첨가 수준은 2-3% (MKP2, MKP3)임을 볼 수 있으며(Table 4), 특히 MKP1구의 경우 성장 저하와 더불어 엽채류의 채색도 연하게 변색되어 영양 결핍 증상을 시각적으로 볼 수 있다(Fig.
MKP4구가 가장 높은 함량으로 사료 내 일인 산칼륨(MKP)이 첨가되었으며, 사육수 내 K함량도 높았으나 MKP2 및 MKP3에 비해 낮은 엽채류 생산성을 보인 것은 미량 원소인 Fe의 영향으로, Thorarinsdottir (2015)은 아쿠아포닉 시스템 내에서 Fe는 엽록체와 전자전달 사슬에 이용되는 미량원 소로 광합성에 있어 매우 중요한 제한요소로 작용하며 Fe 부족 시 잎과 식물 전반에 황색으로 변하며 결국 괴사하게 되므로 인 위적인 첨가가 필요하다 하였다. 따라서, MKP2 및 MKP3 두 시험구에 비해 MKP4구는 사료 및 사육수 내 낮은 Fe값을 함유 한 결과에 기인하여 식물생산성이 낮은 것으로 추측할 수 있다. 또한 MKP1은 모든 시험구에서 가장 낮은 Fe 값(0.
현재 농가에서 수경재배로 이뤄지는 엽채류의 경우 포기수확 기간은 종묘 입식 후 25-30일 정도 기간이 필요하다. 본 실험 결과에서 엽채류 4종은 초기 종묘 입식 후 23일 경과하여 포기 수확이 가능할 정도로 성장하였다. 이는 어류의 배합사료 내 MKP첨가가 아쿠아포닉스 사육수 내 P와 K의 수치를 상승시켜 수경재배와 유사한 엽채류 생산성이 가능함을 제시하는 것으로, 향후 사육수 내 Fe 증가를 배합사료로 극복한다면 더욱 완벽한 아쿠아포닉스 사료 개발이 가능할 것으로 사료된다.
본 실험의 경우, pH는 유기탄소를 중단한 2주 후 지속적으로 감소하여 실험 6주 부터는 모든 시험구에서 6.0 이하의 값을 보였는데, 기존 아쿠아포닉 생산에서 추천하는(Rakocy et al., 2006; Rakocy, 2007) pH (6.5에서 7.0)보다 저 pH상태(5.18에 서 6.00)에서 식물생산과 어류생산이 진행되었으나 양측 생산성에는 문제가 없었다. Hybrid BFT 방식을 적용한 실험의 가장 큰 특징은 질산화 과정에 따른 TAN, NO₂-N 및 NO₃-N의 변화이다.
9 mg/L의 값을 보여 수경재배의 양액 대비 매우 낮은 P와 K의 값을 보였다. 본 연구의 10주간 실험 종료(엽채류 생산 기 간 23일) 후 사육수 분석결과(Table 9), PO₄ -P는 42.2 (MKP1) 에서 46.5 (MKP4) mg/L, K는 13.5 (MKP1)에서 16.4 (MKP4) mg/L의 값을 나타내었고, Ha and Jeong (2017)의 결과에 비해 사육수 내 P와 K 값은 향상되었으나, 양액 대비 K는 아직 낮은 결과를 보였다. MKP4구가 가장 높은 함량으로 사료 내 일인 산칼륨(MKP)이 첨가되었으며, 사육수 내 K함량도 높았으나 MKP2 및 MKP3에 비해 낮은 엽채류 생산성을 보인 것은 미량 원소인 Fe의 영향으로, Thorarinsdottir (2015)은 아쿠아포닉 시스템 내에서 Fe는 엽록체와 전자전달 사슬에 이용되는 미량원 소로 광합성에 있어 매우 중요한 제한요소로 작용하며 Fe 부족 시 잎과 식물 전반에 황색으로 변하며 결국 괴사하게 되므로 인 위적인 첨가가 필요하다 하였다.
5% 첨가하였다. 사료 내 MKP 농도에 따른 10주간 메기 성장 결과 MKP2와 MKP3구는 유사한 성장 효과를 나타내었으나, MKP1 및 MKP4구는 성장 요인(WG, FE, PER, SGR)들이 낮게 평가되었다. 따라서 사료 내 MKP를 첨가 시 적정 수준 이상의 농도는 어류 성장에 큰 도움이 되지 않음을 나타내며, 메기의 증체율에 기반한 2차 다항식 회귀분석을 통한 사료 내 최적 MKP 첨가 수준은 2.
4종류의 엽채류 생산 시험결과는 Table 4에 나타내었다. 시험구별 각 엽채류 4종에 대하여 24개체씩 초기 입식 계획(시험구별 총 96개체)이었으나, 초기 엽채류의 구분이 잘 되지 않은 관계로 시험 종료 시 시험구별 엽채류 종류에 따른 개체수의 차이가 나타났다. MKP2구와 MKP3구의 4종류 엽채류 생산성은 총중량 9,461.
2). 실험에서 나타난 식물의 생산성 측면에서도 사료 내 최적 MKP 첨가 수준은 2-3% (MKP2, MKP3)임을 볼 수 있으며(Table 4), 특히 MKP1구의 경우 성장 저하와 더불어 엽채류의 채색도 연하게 변색되어 영양 결핍 증상을 시각적으로 볼 수 있다(Fig. 3). 일 반적으로 수경재배(hydroponics)의 양액 농도의 범위는 PO₄^3- 36.
Hybrid BFT 방식을 적용한 실험의 가장 큰 특징은 질산화 과정에 따른 TAN, NO₂-N 및 NO₃-N의 변화이다. 유기탄소 투입 중단 후, 실험 3주부터 지속적으로 무기탄소인 CO₂를 공급하여 독립영양세균의 질산화 과정 활성을 증대시켰으며, 이에 따라 pH도 감소하였다. NO₂-N은 실험 6주 후부터 어류에게 전혀 독성을 유발할 수 없는 낮은 농도로 일정하게 유지되었으나, NO₃-N와 TAN은 동시에 증가하였다.
유용미생물 10종(Bacillus subtilis, B. amuloliquefaciens, B. licheniformis, Cellumomona sp., Cellulomanas biazotea, Pseudomonas stutzeri, P. denitrificans, Rhodopseudomonaspalustris, Nitrobacter winogradskyi 및 Nitrosomonas europaea)의 혼합 시판 제품 BFT-ST (EgeeTech, Ltd., USA)를 활용한 hybrid BFT 아쿠아포닉스 생산 수질관리는 어류입식 후 14일간은 Emerenciano et al. (2017)의 방법에 준하여 사료 공급과 함께 유기탄소원인 정제 포도당을 계산하여 혼합미생물과 함께 아쿠아포닉스 시스템 내 섬프수조에 투입한 후 BFT 양식방법을 적용하여 수질을 유지하였다. 이후 유기탄소의 공급은 중단하고 무기탄소원으로 이산화탄소(탄산가스)를 pH가 6.
조단백질의 경우 MKP1구에서 15.30±0.56%의 값으로 다른 시험구에 비해 가장 낮았으며(P<0.05), K의 경우도 MKP1구에서a0.10±0.01%로 가장 낮게 나타났다(P<0.05).

후속연구

이는 어류의 배합사료 내 MKP첨가가 아쿠아포닉스 사육수 내 P와 K의 수치를 상승시켜 수경재배와 유사한 엽채류 생산성이 가능함을 제시하는 것으로, 향후 사육수 내 Fe 증가를 배합사료로 극복한다면 더욱 완벽한 아쿠아포닉스 사료 개발이 가능할 것으로 사료된다. 아울러 세계에서 처음으로 시도된 hybrid BFT를 적용한 저 pH 아쿠아포닉스 생산방법은 RAS 기반에 운영되는 아쿠아포닉스 시스템의 시설비 및 운영의 복잡성 문제를 보완할 수 있는 해결책으로 대두될 것이며, 향후 지속적인 연구를 통해 매뉴얼화한 후 아쿠아포닉스를 희망하는 농어가에 확대 보급 할 수 있을 것으로 예상된다.
현재 실험에서 가장 큰 혈액학적 특징은 PCV와 Hb의 두 항목으로 이들은 주로 어체 내 산소 운반능력과 영양학적 빈혈의 판단이 되는 지표이다. 앞서 언급한 여러 연구자들에 비해 이 두 항목의 값이 높은 것은 폐쇄된 환경의 저 pH 상태에서 메기의 생체 대사과정에 필요한 산소운반 능력을 증대시키기 위해 환경에 적응된 결과라 사료되며 향후 지속적 연구가 수반되어야 할 것이다. 또한 K의 경우 Leard et al.
본 실험 결과에서 엽채류 4종은 초기 종묘 입식 후 23일 경과하여 포기 수확이 가능할 정도로 성장하였다. 이는 어류의 배합사료 내 MKP첨가가 아쿠아포닉스 사육수 내 P와 K의 수치를 상승시켜 수경재배와 유사한 엽채류 생산성이 가능함을 제시하는 것으로, 향후 사육수 내 Fe 증가를 배합사료로 극복한다면 더욱 완벽한 아쿠아포닉스 사료 개발이 가능할 것으로 사료된다. 아울러 세계에서 처음으로 시도된 hybrid BFT를 적용한 저 pH 아쿠아포닉스 생산방법은 RAS 기반에 운영되는 아쿠아포닉스 시스템의 시설비 및 운영의 복잡성 문제를 보완할 수 있는 해결책으로 대두될 것이며, 향후 지속적인 연구를 통해 매뉴얼화한 후 아쿠아포닉스를 희망하는 농어가에 확대 보급 할 수 있을 것으로 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	BFT 양식이란 무엇인가?	BFT 양식은 국내에서 2000년대 도입된 사육수의 재순환 양식방법으로 양어장 내 수산생물에 의해 발생되는 오염물 중 하나인 NH-N을 유기탄소(당밀, 포도당 등)의 사용(C:N비 조절)을 통해 미생물을 증식시키고 미생물총(biofloc) 형성을 유도한 후, 이를 수산생물(어류, 갑각류)이 다시 섭식하게 함으로써 지속적으로 수질을 유지하는 기술이다. 또한 biofloc 형성에는 광물질화, 질산화, 탈질화, 광합성화에 관여하는 미생물을 포함하여, 식물플랑크톤, 동물플랑크톤, 생물사체, 사료찌꺼기 등 다양한 생물적 요소들이 복합적으로 관여한다고 알려져 있다(Avnimelech et al.
	아쿠아포닉스는 어떤 생산방법인가?	아쿠아포닉스는 어업의 수산양식(aquaculture)과 농업의 수경재배(hydroponics)가 결합된 복합재배 시스템으로, 수산양식 생물의 성장과 생존을 위해 공급된 먹이(사료)가 종속 및 독립영양미생물(heterotrophic and autotrophic microorganisms)에 의해 각종 무기물과 질산염으로 분해 및 생성된 것을 식물이 성장 영양소로 흡수하면서 양어수질의 안정화와 식물성장을 이루어지게 하여 사육수의 교환 없이 지속적으로 농∙수산물을 생산할 수 있는 친환경 생산방법이다(FAO, 2014). 어류 등 수산생물이 섭취한 사료의 30%는 체내 동화되고 나머지 70%는 체외로 배출되며, 미섭취된 사료는 양어 수조 내 잔류하게 된다(Emerenciano et al.
	본 논문에서 UVI (university of virgin islands) 아쿠아포닉스 시스템에서 생산 효율성 증대를 위해 제시하는 방향은?	이러한 UVI 아쿠아포닉스 시스템은 양식의 RAS 생산방법에 수경재배지를 결합한 것으로 시설비 문제와 시스템 운영의 복잡성을 가지고 있다. 본 연구의 목적은 아쿠아포닉스 생산의 효율성 증대를 위해 어류양식에 사용되는 배합사료 만으로 식물에 공급하는 영양소를 충당할 수 있도록 기존 상업용 사료에 사용되는 인 제재를 일인산칼륨(monobasic potassium phosphate, MKP)으로 대체하고, 더불어 종속 및 독립영양미생물이 혼합된 유용미생물을 활용한 hybrid BFT 생산 방식을 적용하여 현재의 시스템을 단순화하는 방향을 제시하고자 하였다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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