Texas AgriLife Research Mariculture Laboratory
Texas A&M University System
수조나 양식 시스템에서는 사료 찌꺼기와 생물의 배설물로 인해 암모니아(TAN)가 발생합니다. 암모니아는 생물에게 독성이 있는 물질이며, 자연 환경에서는 질산화 박테리아가 이를 분해하여 “암모니아 → 아질산 → 질산” 으로 변화시키는 질소 순환 과정을 통해 수질이 안정됩니다.
하지만 고밀도 양식 시스템이나 제한된 물 교환 환경에서는 자연적으로 형성되는 박테리아만으로는 질소 순환이 충분히 빠르게 형성되지 않을 수 있습니다.
이 경우 암모니아(TAN)와 아질산(NO₂) 농도가 상승하여 생물 생존에 위험한 수질 환경이 만들어질 수 있습니다. 따라서 많은 양식 시스템에서는 질산화 박테리아 투입(inoculation)을 통해 질소 순환을 빠르게 안정화하는 방법이 사용됩니다.
이를 확인하기 위해 상업용 질산화 박테리아 제품을 실제 양식 시스템에 적용하는 연구가 진행되었습니다.
[연구목적]
본 연구는 물 교환이 거의 없는 고밀도 양식 시스템에서 질소를 안정적으로 관리할 수 있는 방법을 확인하기 위해 진행되었습니다.
연구진은 다음과 같은 질문을 중심으로 연구를 수행했습니다.
✔ 자연적으로 발생하는 질산화 박테리아만으로 수질 관리가 가능한가
✔ 질산화 박테리아를 접종하면 질소 독성 물질을 더 빠르게 줄일 수 있는가
✔ 상업용 질산화 박테리아 제품이 실제 양식 환경에서 효과가 있는가
특히 암모니아(TAN)와 아질산(NO₂) 농도를 빠르게 안정화하는 방법을 확인하는 것이 핵심 목표였습니다.
[연구배경]
고밀도 양식 시스템에서는 다음과 같은 문제가 발생합니다.
· 생물 밀도가 높음
· 배설물과 사료 찌꺼기가 빠르게 축적
· 암모니아(TAN)와 아질산(NO₂) 증가
문제는 자연 환경에서 발생하는 질산화 박테리아가 이러한 환경에서 충분히 빠르게 증식하지 못한다는 점입니다.
따라서 연구진은 다음 방법을 고려했습니다.
✔ 기존 시스템에서 박테리아를 접종하는 방법
✔ 상업용 질산화 박테리아 제품을 사용하는 방법
[연구방법]
연구진은 실제 양식 환경을 이용해 질산화 박테리아 투입 시스템과 비투입 시스템을 비교했습니다.
실험 조건은 다음과 같습니다.
실험 수조 구성
4개의 실험 수조 사용
수조 크기: 1.5m × 1.5m
수심: 20cm
해수 사용
생물 투입
흰다리새우(Litopenaeus vannamei) 유생 투입
밀도 조건
낮은 밀도: 19,445 / m³
높은 밀도: 38,890 / m³
수질 모니터링
다음 항목을 매일 측정
– TAN (총 암모니아 질소)
– 아질산 NO₂-N
– 질산 NO₃-N
– pH
– 알칼리도
– 침전 고형물
이를 통해 질산화 과정과 수질 변화를 추적
질산화 박테리아 사용
연구에서는 상업용 질산화 박테리아 제품인 FritzZyme TurboStart 900을 사용했습니다.
이 제품은 해수용 질산화 박테리아 군집(consortium)으로 구성된 제품입니다.
실험에서 사용된 평균 투입량
수조당 평균 사용량: 551.25 ml (초기 8일 동안)
개체당 사용량: 0.0206 ml
이 기간 동안 질산화 박테리아 군집이 시스템에 정착했습니다.
질산화 박테리아를 접종한 시스템에서는 다음과 같은 변화가 확인되었습니다.
1️⃣ 암모니아(TAN) 감소
질산화 박테리아가 정착하면서 암모니아 농도가 빠르게 감소했습니다.
2️⃣ 아질산(NO₂) 감소
아질산 역시 빠르게 처리되어 독성 물질의 축적이 줄어들었습니다.
3️⃣ 질산(NO₃) 생성
질소 순환의 마지막 단계 물질인 질산이 생성되었습니다.
이는 질산화 과정이 실제로 작동하고 있다는 것을 의미
또한 실험에서는 높은 생물 밀도에서도 안정적인 생산이 가능한 결과가 확인되었습니다.
✔ 질산화 박테리아 투입은 암모니아와 아질산의 농도를 빠르게 낮춘다
✔ 고밀도 양식 시스템에서도 안정적인 생산이 가능하다
✔ 질산(NO₃) 농도는 물 교환을 통해 단기적으로 조절할 수 있다
✔ 질산 제어에 대해서는 추가 연구가 필요하다
결론적으로 질산화 박테리아 투입은 제한된 물 교환 환경에서 질소 독성 물질을 관리하는 데 효과적인 방법으로 확인되었습니다.