3가지 채소 작물의 생육 및 기능성 물질 함량에 미치는 BFT 양식장 배출수 영향
Effect of the Effluent Waters from BFT Inland Aquaculture of the Growth and Functional Substance Contents in 3 Types of Vegetable Crops
Article information
Abstract
Recently, increasing interest in environmental pollution problems that can be discharged emerging from inland water cultures, problems in the processing of effluents are recognized as environmental pollution sources are difficult accordingly. As a result, in this study, the effluent water as such a source of environmental pollution carried examine the availability of as organic fertilizer to be used for cultivation of crops. The study tested using 3 types of crops, As a method of using as a fertilizer in a particular solution that was created and practices to liquid fertilizer solution used to the concentration of the effluent. After you grow crops in a certain amount of irrigation once every week for each processing it was analyzed for the differences of content of the functional substance and growth of crops. As a result a certain amount of the effluent water in the stock solution, the content of functional materials and growth of crops were found to be superior to other processes in irrigation which was treated weekly. In conclusion, according to these results the effluent water from BFT inland water culture has been found to give a positive effects on the contents of the functional materials and growth of crops. Studies on a method for utilizing the effluent water as a fertilizer is considered further required.
Ⅰ. 서론
폐기물의 해양투기에 대해서 규제를 강화하는 런던협약 96의정 서가 국제 발효됨에 따라 해양 배출 관리에 대한 규제가 강화되고 있는 추세로 또한 우리나라에서도 이러한 국제적인 협약과 함께 해 양배출 폐기물에 대한 관리 제도를 점점 강화하고 있는 실정으로 특히 모든 해양배출 폐기물 처리기준의 국제기준인 함량법 분석방 법 적용으로 인해 양식장에서 나오는 배출수의 처리 문제는 양식장 을 운영함에 있어 큰 문제가 되고 있다(Lee et al., 2007). 육상 수 조식의 양식 산업을 통해 나오는 양식장 배출수에는 어패류의 배설 물과 미섭취 사료가 다량 함유되어 있으며, 이로 인해 다량의 유기 물질이 포함되어 이를 연안에 배출 하였을시 유기물의 다량퇴적에 따른 환경 악화를 초래하는 것이 큰 문제로 지적되고 있다(Kim et al., 2009; Murakami et al., 1998; Takeuchi, 1999; Timmons, 1994). 일반적으로 양식장의 경우 폐쇄적인 구조로 좁은 사육조에 많은 개체의 어류를 수용하여 기르기 때문에 어류의 활동에 의한 수질의 오염과 노폐물 축적의 문제가 심각하게 발생하며, 여기서 발생한 질소성분을 포함하고 있는 유기 오염물질은 분해되면서 수 중생물에게 강한 독성을 발생시키는 암모니아태 질소로 분해되어 문제가 된다(Lee and Bu, 2001; Yun et al., 1999). 이러한 문제를 해결하기 위해 최근 새로운 양식 시스템으로 ‘Biofloc technology (BFT)’ 양식 시스템이 소개되었는데, 이는 미생물들을 이용하여 양식장 사육수 내의 질소를 제거하는 기술을 활용하여 어류를 사 육하는 시스템으로 양식장 사육수 내의 잉여 질소 유기물질을 제 거하여 양식장의 사육수를 교환하지 않고 일정기간 동안 안정된 수질을 유지시키면서 양식을 할 수 있도록 고안된 시스템이나 이 러한 시스템을 활용하여 양식장 사육수의 수질을 안정되게 유지하 는 것도 일정 한계를 가지고 있고 특히 잔여 사료나 양식어종의 배 설물 등과 같은 유기물질을 완전하게 제거되지 않고 축적되어 이 를 배출해야하는 문제를 가지고 있다(Cho et al., 2015). 이와 유사 한 가축분뇨 역시 해양배출의 금지에 따른 처리문제를 해결하기 위해 자원화 연구가 활발히 실행되어가고 있는데, 특히 가축분뇨 에는 식물의 생육촉진 및 토양의 물리화학성을 개선한다는 연구가 되었으며(Burrows, 1951), 가축분뇨를 이용하여 도시농업조성을 위한 텃밭재배용 용토 연구도 진행되고 있다(Lee et al., 2015). 본 연구에서는 앞서 언급하였듯 국제적으로 해양투기의 기준이 엄격 해지고 있는 현재의 실정에 맞추어 양식장에서 배출되는 배출수를 자원의 선순환의 개념으로 이를 도시농업용 작물의 재배에 적용하 여 이용 가치를 구명하고자 진행되었다.
Ⅱ. 연구방법
1. 식물재료 및 실험처리
실험 재료로는 배출수의 농도별 이용에 따른 작물별 비료효과를 알아보기 위하여 ‘축양’가지(Solanum melongena ‘Chukyang’), ‘대들보’고추(Capsicum annuum ‘Daedeulbo’, Takii Korea Co., Ltd., Korea), ‘홍심5촌’당근(Daucus carota var. sativa ‘Hongsim 5chon’, Kyoungshin seeds Co. Ltd., Korea) 3종류의 작물을 이 용하였다. 가지와 고추는 경남 진주시 초전동에 위치한 육묘장에 서 접목된 상태의 묘를 사용하였으며, 2015년 6월 1일 육묘장에서 가져와 직경 30cm 화분에 원예용 상토인 토실(Tosilee, Shinan Growth Co. Ltd., Korea)을 채우고 정식하고 이후 9월 11일까지 14주간 처리별 매 주 1회 100ml씩 토양 관주하여 재배한 후 생육 조사를 실시하였다. 당근의 경우는 2015년 5월 6일 15cm 이색포 트에 원예용 상토 토실(Tosilee, Shinan Growth Co. Ltd., Korea) 을 채운 후 파종 한 후 8월 28일까지 17주간 매 주 1회 100ml씩 처 리별로 토양 관주하여 재배한 후 생육 조사를 실시하였다. 실험의 처리는 관행적으로 이용되는 Hyponex High Grade(Hyponex High Grade, Hyponex corp., Japan) 1000배액 액비 처리와 경남 창원시 진해 내수면양식장에서 가져온 배출수를 농도별로 원액, 1/2액, 1/4액으로 만들어 처리하였다. 실험은 경남 진주시에 소재 한 경상대학교 부속농장 교내 포장 온실(시설 특성화 사업 온실 B 동)에서 실시하였다.
2. 생육조사 및 체내 기능성 물질 분석
실험에 사용된 고추는 2015년 9월 11일까지 재배하여 초장, 최 대근장, 엽장, 엽폭, 생체중, 건물중을 측정하였으며, 기능성 물질 로는 페놀의 함량을 분석하였다. 가지는 2015년 9월 11일까지 재 배를 하여 초장, 근장, 생체중, 건물중을 측정하였고 기능성 물질은 가지의 과피 부분을 벗겨내어 5g씩 채취하여 안토시아닌의 함량을 분석하였다. 당근은 2015년 8월 28일까지 재배한 후 지하부위를 수확하여 가식부인 뿌리의 길이, 근경, 생체중, 건물중을 측정하였 고, 당근의 생체를 채취하여 Cho et al.(1993)의 방법을 이용하여 80%의 아세톤 추출액으로 추출한 후 분광광도계를 이용하여 450nm 파장에서 흡광도를 측정하여 얻어진 흡광도를 AOAC법에 따라 흡 광계수 E1%=2,500을 사용하여 카로티노이드의 농도를 계산하였 다. 가지, 고추의 기능성 물질은 각 작물의 생체를 채취하여 추출액 을 이용해 마쇄 한 뒤 원심분리를 하여 얻은 상징액에 추출액으로 희석하고 안토시아닌은 520nm 파장에서의 흡광도를 측정하고, 총 페놀 함량 분석은 희석 추출액에 Garlic acid를 Standard로 하여 760nm 파장에서 흡광도를 분광광도계를 이용하여 측정하였다.
3. 통계분석
실험구 배치는 완전임의배치법 3반복으로 실시하였으며 반복 당 3개체로 실험을 진행하였다. 실험 식물의 생육 특성과 기능성 물 질 함량은 SAS(SAS 9.4, SAS Institute)프로그램을 이용하여 ANOVA분석을 통해 분산분석을 실시하고 Duncan 다중검정으 로 유의성 검정을 실시하였다. 그래프는 SigmaPlot 12.0 프로그램 을 사용하여 작성하였다.
Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 작물의 생육
1) 당근
당근의 생육조사 결과는 Fig. 1과 같다. 당근의 생육조사는 식 용하는 가식부위인 지하부의 생육 특성을 조사하였다. 당근의 길이 는 실험 처리 간의 유의적인 차이는 나타나지 않았다. 하지만 당근 의 최대 과경과 무게는 배출수 원액을 이용한 처리구에서 높은 값 을 나타내는 것을 알 수 있었다. 이에 따라 당근의 재배에서 배출수 원액의 처리는 일반적으로 이용되는 원예용 관행 액비에 비해 당근 의 무게와 과경 비대에 효과적임을 알 수 있었다.
Effect of the effluent waters from Biofloc technology system of inland aquaculture on the root diameter (A), root length (B) and root fresh weight (C) of carrot. 1, Effluent water; 1/2, half strength of effluent water; 1/4, quarter strength of Effluent water.
2) 가지
배출수를 희석배율에 따라 처리하여 가지의 생육을 조사한 결과 는 Table 1과 같이 나타났다. 배출수의 처리는 가지의 생육 특성 중 초장과 엽록소 함량을 제외한 다른 생육 특성에는 큰 유의적 차이 는 보이지 않았다. 이는 배출수 원액의 처리가 관행 액비의 이용과 큰 차이를 보이지 않는다는 것으로 볼 수 있으므로 배출수 원액의 처리는 가지의 재배에 이용가치가 있음을 추측할 수 있다.
Effect of the effluent waters from Biofloc technology system of inland aquaculture on the growth of egg plant.
3) 고추
고추에서 배출수를 이용한 생육 실험의 결과 생육 실험의 결과 배출수의 원액은 고추의 초장 및 근장, 경경, 무게 생체중 등의 생육 에 매우 효과적인 것으로 나타났으며 이는 고추에 생육에 배출수의 이용이 매우 유용한 대체 비료로 이용가치가 매우 뛰어남을 알 수 있었다(Table 2, Fig. 2).
Effect of the effluent waters from Biofloc technology system of inland aquaculture on the growth of pepper.
1, Effluent water; 1/2, half strength of effluent water; 1/4, quarter strength of Effluent water.
Effect of the effluent waters from Biofloc technology system of inland aquaculture on the growth of pepper.
2. 작물별 기능성 물질의 함량
작물별로 가지는 안토시아닌 함량 분석, 고추는 페놀 함량 분석, 당근은 카로티노이드의 함량을 분석하였으며 그 결과 가지의 경우 에는 배출수원액과 배출수1/2액의 처리를 하여 재배한 처리구에 서 다른 처리에 비하여 많은 량의 안토시아닌 함량을 보이고 있는 데(Fig. 3), 이는 앞선 생육특성의 차이와는 조금은 다른 결과를 보 이고 있다. 가지의 재배에서 배출수의 시비는 관행액비를 이용하여 재배한 처리구와 큰 차이는 보이지 않았으나 재배의 결과물의 기능 성물질의 함량을 분석한 결과에서는 배출수를 처리한 것이 효과적 이었음을 나타내고 있다. 고추의 총 페놀 함량 분석의 결과로는 역 시 배출수를 이용하여 재배한 처리구에서 높은 함량의 결과를 볼 수 있었다(Fig. 4). 마지막으로 당근의 카로티노이드 함량의 결과 역시 다른 작물과 마찬가지로 배출수의 원액을 이용하여 재배한 처 리구에서 가장 많은 함량을 나타내고 있음을 알 수 있었다(Fig. 5). 이러한 결과들을 종합하여 보면 전체적으로 각 식물들 체내의 기능 성 물질 함량은 배출수를 원액, 1/2배액을 처리한 것이 높은 함량을 나타냄을 알 수 있었고 이러한 기능성 물질 함량과 함께 생육특성 의 조사 결과와 연결하여 보면 배출수의 시비는 작물을 재배함에 있어 부족함이 없음을 알 수 있었다.
Effect of the effluent waters from Biofloc technology system of inland aquaculture on the total anthocyanin contents of egg plant.
1, Effluent water; 1/2, half strength of effluent water; 1/4, quarter strength of Effluent water.
Effect of the effluent waters from Biofloc technology system of inland aquaculture on the total phenolic compound contents of pepper.
1, Effluent water; 1/2, half strength of effluent water; 1/4, quarter strength of Effluent water.
Effect of the effluent waters from Biofloc technology system of inland aquaculture on the total anthocyanin contents of carrot.
1, Effluent water; 1/2, half strength of effluent water; 1/4, quarter strength of Effluent water
3. 고찰
최근 많은 환경단체에서 양식장에서 배출되는 배출수를 환경 오염원으로 인식하고 있는 여론이 조성되고 있는 가운데(Kim et al., 2009; Murakami et al., 1998; Takeuchi, 1999; Timmons, 1994) 이러한 인식을 제고하고자 본 연구에서는 배출수의 환경 선 순환 자원으로서 이용 방안을 모색하고자 진행하였다. 본 연구에서 사용된 작물들의 선택은 일반적으로 대중들이 많이 알고 있고 선호 하는 채소 작물인 가지, 고추, 당근을 선택하여 해당 작물의 재배시 양식장 배출수의 시비 효과를 구명하고자 실험을 설계하여 진행하 였다(Moon et al., 2014). 실험의 결과 배출수의 원액을 이용하는 방법은 관행적으로 이용되는 액체비료의 추천 이용 농도 중 1000 배액의 이용에 비하여 작물의 재배와 기능성 물질의 발현에 효과적 임을 알 수 있었다. 이는 다른 연구들에서 가축 분뇨를 이용한 퇴비 를 이용하여 식물을 재배한 결과 생육이 촉진되었다는 연구결과 (Ryoo, 2011; Lee, 2015; Ham et al., 2014)를 비추어 보아 가축 분뇨는 아니지만 동물의 분뇨인 어류의 분뇨가 포함되어 있는 배출 수 역시 식물의 재배에 효과적으로 활용 될 수 있음을 알 수 있었다. 그러나 본 연구 실험의 한계로는 매 주 관주한 배출수액과 관행액 비의 처리양이 작물의 생육에 적합하였는지에 대해서 추가적인 연 구가 실시되어야한다는 점과 실험에서 비료효과를 입증하기 위해 이용한 관행 액비의 이용 농도가 너무 낮았다는 점에서 추가적인 연구가 진행되어야 할 것 이다. 이러한 추가적인 연구를 통해 적절 한 배출수의 이용량을 찾아 활용 한다면 BFT 양식장에서 나오는 배출수는 충분히 현재 많은 사람들이 이용하고 있는 관행 액비의 대체재로써 충분한 가치가 있다고 판단된다.
Ⅳ. 적요
최근 환경오염 문제가 대두되면서 환경오염의 원인이 되고 있 는 오염원에 대한 규제가 심해지고 있는 추세이다. 양식장에서 나 오는 배출수 역시 수질오염을 시키는 환경오염원으로 인식되어 양 식장 배출수의 처리의 규제 문제는 양식 산업의 발전에 큰 걸림돌 이 되고 있다. 이에 따라 본 연구는 환경오염원으로 인식되는 양식 장 배출수의 작물 재배용 비료로 이용가능성에 대하여 알아보고자 실시하였다. 본 연구는 배출수의 농도를 달리하여 만든 용액과 관 행적으로 이용되는 액체비료 용액을 매주 1회씩 일정량 관주하여 작물을 재배한 후 각 처리당 작물의 생육차이와 작물 체내의 기능 성물질의 함량을 분석하였다. 그 결과 배출수를 원액으로 일정량 을 매주 관주한 처리에서 작물의 생육 특성 및 기능성 물질의 함량 이 다른 처리에 비하여 효과적이었음을 알 수 있었다. 이러한 연구 결과에 따라 BFT기법을 이용한 내수면 양식장에서 나오는 배출 수는 작물의 재배에 긍정적인 영향을 주는 것을 알 수 있었다. 그러 나 본 연구에서는 배출수 농도에 따른 이용량이 적어 추후 환경오 염원으로 인식되는 배출수의 새로운 활용방안으로 도시농업적 재 이용을 위한 실용적 이용방법이 추가적으로 연구되어야 할 것으로 사료된다.