순환여과양식시스템에서 암모니아성 질소와 pH가 돌돔(Oplegnathus fasciatus)의 성장과 혈액학적 변화에 미치는 영향 : 수질에 따른 돌돔의 성장과 혈액변화
Effects of Ammonia Nitrogen and pH on the Growth and Blood Chemistry of Parrotfish Oplegnathus fasciatus in a Recirculating Aquaculture System
- 주제(키워드) 도움말 순환여과양식시스템 , RAS , 돌돔 , 암모니아성 질소 , pH
- 발행기관 강릉원주대학교 일반대학원
- 지도교수 도움말 김이경
- 발행년도 2024
- 학위수여년월 2024. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 도움말 일반대학원 해양생물공학과
- 세부분야 해당없음
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/kangnung/000000011649
- UCI I804:42001-000000011649
- 본문언어 한국어
초록/요약 도움말
가두리 양식과 같이 자연환경에 지배를 받는 기존의 양식은 적조나 태풍 같은 자연재해에 늘 노출되어 왔다. 나아가 한국은 저수온기가 길고, 이 기간 동안 해양생물이 적수온을 유지하기 어려워 상품 생산까지 기간이 길어져 양식에서 수익성을 확보하기 어렵다. 따라서 동절기에는 대상 생물의 호적수온을 유지하기 위하여 에너지를 효율적으로 이용할 수 있는 생산시스템이 필요하다. 따라서 자연재해와 급격한 환경변화를 덜 받으면서 친환경 양식수산물을 연중 안정적으로 생산할 수 있는 육상 기반의 양식시스템의 개발 및 산업화가 요구되고 있다. 특히, 질병으로부터 안전하고 오염배출이 적은 친환경 첨단 해수 순환여과양식시스템(recirculating aquaculture system, RAS)의 상용화에 대한 수요가 증가하고 있다. RAS는 다양한 수처리 시설을 이용하여 물을 지속적으로 재사용하는 생산시스템이다. 집적도에 따라 다르지만 연속적인 수처리를 통해 일간 전체 수량의 10~100%에 해당하는 새물을 교환하여 에너지 효율을 극대화 시킬 수 있다. 최근 유럽의 노르웨이, 덴마크, 영국, 독일 등에서는 환경, 장소에 구애받지 않는 첨단 해수 RAS의 개발 및 산업화 노력이 활발하다. 나아가 ICT 융복합 양식 기술을 접목하여 계획생산과 생산 비용의 절감을 시도하고 있다. 현재 국내에 운용중인 RAS는 주로 뱀장어 양식을 중심으로 한 담수에 국한되어 있고, 해수 환경에서는 물리 및 생물학적 여과과정의 효율이 나빠 초기 시설비나 운전비용이 크게 증가하여 국내외에서 산업적 적용이 미미하다. 최근 영국이나 북유럽을 중심으로 농어류 및 연어류의 육상 RAS 사업이 운영되고 있으나 과도한 초기 투자와 운영비 과다가 예상된다. 본 연구의 대상생물인 돌돔(Oplegnathus fascuatus)은 1987년 종자생산 기술이 개발된 이후 생산량 통계를 집계한 2008년에는 424톤에서 2015년 1,050톤으로 2019년에는 1,262톤이 양식되었으나, 수요에 비해 급격한 생산량 증가는 이루어지지 않고 있다. 돌돔 양식은 주로 해상가두리와 육상수조식에서 이루어지고 있는데 고수온기 적조발생, 겨울철 월동문제, 기생충 및 바이러스성 질병 등으로 많은 폐사가 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 해수 RAS에서 고부가가치 어종인 돌돔을 대상으로 여러 가지 수질환경 요소 중 용존산소 다음으로 양식에서 제한 요인이 되는 암모니아성 질소와 pH를 대상으로 돌돔의 환경내성을 연구하였다. 나아가 이러한 선행 연구의 환경요건을 반영하여 크기별로 6단계로 나누어 집약적인 환경에서 양식하면서 성장도를 평가하였다. RAS에서 돌돔 양식에 필요한 TAN 농도 기준을 제시하고자 0, 4, 8 mg/L TAN 실험구로 나누어 돌돔의 성장과 혈액학적 특성을 조사하였다. 고농도의 암모니아 사육수에 노출된 돌돔은 성장에 영향을 미칠 뿐 아니라, 혈액 성분의 농도에도 영향을 미치는 등, 전반적으로 돌돔에게 부정적인 영향을 미친다. 그러나 시간 경과에 따라 스트레스와 성장도는 다소 적응하는 패턴을 보였다. 혈액의 pH는 실험 초기에 대조구에 비해 유의적으로 낮았지만 시간이 경과하면서 차이가 감소하여 차이는 별로 없었지만 혈중 pO2와 pCO2의 변화를 보면 호흡도 영향을 받는 것을 알 수 있었고, 전해질의 Na+, K+ 농도도 변화하여 항상성(homeostasis)이 교란되었다. 고농도구에서 세포에 산소를 운반해 주는 기능의 헤모글로빈 농도가 감소하므로써 세포로의 산소공급도 교란되고 있었다. RAS는 사육수의 재사용과 고밀도로 양식하는 공정 때문에 과도한 CO2의 축적으로 양식수의 pH가 지속적으로 낮아진다. 이러한 영향으로 양식 공정상 여러 가지 장단점이 나타나는데, 질병과 기생충의 번식이 억제되고, 양식어류에 대한 암모니아 독성이 감소하며, 양식용수의 이산화탄소 탈기 효율이 증가하는 등 긍정적인 측면이 있다. 반면에 수중의 CO2가 세포내로 유입되어 탄산염을 형성하면서 세포 내 pH를 낮춰서 대사과정의 산소 친화도를 낮추어 산소 결핍증을 유발하여 성장을 저해한다. 돌돔 사육시 성장에 제한을 주는 사육수의 pH 영향을 조사하였다. 주요 성장지표를 기반으로 Sigmoid method를 이용하여 성장제한 pH를 추정한 결과 RAS에서 돌돔의 성장제한 pH는 6.63이었다. 보상성장 효과를 조사한 결과 pH 6.0으로 40일간 사육한 후 대조구와 같은 7.0으로 다시 45일 사육할 경우 효과가 큰 것으로 나타났다. RAS와 같은 고밀도 환경에서 돌돔을 양식할 경우 성장 결과와 동시에 혈중 관련 물질의 거동을 조사하여 pH의 관리 기준을 마련할 필요가 있다. 따라서 고부가가치 어종인 돌돔을 대상으로 사육수의 pH에 따른 혈액학적 변동 특성을 조사하였다. 혈중 전해질 이온은 pH 저하에 따라 대부분이 낮은 값을 나타내었으며, 특히 pH 5.5 구간에서 base excess (BE), Cl-, Mg+2, K+ 및 Ca2+은 모두 유의적으로 낮은 값을 나타내었다. 혈중 영양지표를 나타내는 total protein, albumin, total cholesterol, 그리고 glucose는 사육수의 pH 저하에 따라 그 값이 유의적으로 감소하였으며, 특히 pH 5.5 구간에서 유의적으로 낮은 값을 나타내었다. 혈중 pH, 혈중 이산화탄소 분압(pCO2), 총 이산화탄소(tCO2), 총 중탄산(HCO3), 산소 분압(pO2) 및 산소포화도(sO2)도 모두 실험구간 5.5에서 가장 낮은 값을 보여 혈중 농도에 그대로 결과가 반영되었다. pH 저하에 따라 Hemoglobin (Hb) 감소가 뚜렷이 확인되었으며, pH 5.5에서 가장 낮은 값을 나타내어 돌돔 사육수의 pH 저하 또는 산성의 pH는 어류의 성장 결과와 잘 부합하였고, 가스교환에 영향을 주는 것을 확인하였다. PP기반의 내염성을 가진 저가형 상업화 RAS 모델을 활용하여 510일간 연속하면서 돌돔의 크기별 성장도를 평가하였다. 1차 사육기간에는 1.0∼40.5 g 크기의 구간으로 비교적 작은 개체여서 높은 일간성장률을 보였다. 그러나 상업시설 규모에서 수확시 기준으로 10 kg/㎥의 비교적 높은 밀도를 유지한 것을 고려하면 2.865 %/day의 일간성장율은 매우 우수한 결과로 판단된다. 그러나 2차 사육기간에는 돌돔의 크기가 40.5∼65.3 g 크기의 구간임에도 불구하고 일간성장율이 급격히 감소하여 0.599 %/day의 일간성장율을 보였다. 이 후 3차∼6차 사육에서는 0.223∼0.493 %/day의 매우 낮은 일간성장율을 보였다. 이러한 결과는 동일한 RAS 환경에서 장기간 사육한 감성돔, 다금바리, 그리고 대왕바리보다 성장도가 현저히 낮았지만 당년에 상품성 있는 200 g 크기까지 성장하였다.
more목차 도움말
목 차
목 차 ⅰ
List of Tables ⅳ
List of Figures ⅵ
Summary ⅹ
Ⅰ. 서 론 1
Ⅱ. RAS에서 사육수의 암모니아 농도가 돌돔의 성장과 혈액성분에 미치는
영향 6
1. 서론 6
2. 재료 및 방법 7
2.1. 사육시스템 및 수질 7
2.2. 실험 어류 및 암모니아 주입 12
2.3. 성장 및 혈액성분 조사 12
2.4. 통계처리 13
3. 결과 14
3.1. TAN 농도에 따른 돌돔의 성장 14
3.2. TAN 노출에 따른 돌돔의 주요 혈액성분 변화 16
4. 고찰 32
Ⅲ. RAS에서 사육수의 pH가 돌돔의 성장에 미치는 영향 39
1. 서론 39
2. 재료 및 방법 41
2.1. 사육시스템 및 수질 41
2.2. 실험어류 및 pH 조절 42
2.3. 간, 아가미, 신장의 조직학적 변화 42
2.4. 성장효과 및 보상 성장 평가 42
2.5. 통계처리 43
3. 결과 45
3.1. pH 농도에 따른 돌돔의 성장 45
3.2. pH 농도에 따른 돌돔의 조직학적 변화 50
3.3. pH 농도 개선에 따른 돌돔의 보상 성장 55
4. 고찰 57
Ⅳ. RAS에서 사육수의 pH가 돌돔의 혈액학적 변화에 미치는 영향 63
1. 서론 63
2. 재료 및 방법 64
2.1. 혈액 채취 및 분석 64
2.3. 통계처리 65
3. 결과 및 고찰 65
3.1. 혈중 대사성 호흡과 전해질 변동 65
3.2. 혈중 영양지표 변동 69
3.3. 혈중 가스지표의 변동 71
3.4. 혈중 산소 분압 및 포화도의 변동 75
3.5. 혈구 지표의 변동 77
3.6. 간장효소 및 스트레스 지표 79
Ⅴ. 고밀도 RAS에서 어체 크기별 돌돔의 성장 87
1. 서론 87
2. 재료 및 방법 88
2.1. 실험어류 88
2.2. 양식시스템 88
2.3. 수처리 장비의 운영 91
2.4. 수질 및 미생물 환경 93
2.5. 실험 사료 97
3. 결과 및 고찰 97
Ⅵ. 국문요약 104
Ⅶ. 참고문헌 107
감사의 글 120
