Evaluating the Efficacy of Bio stimulant on sustainable crop production in an Indoor Aquaponic System

기술 요약: 실내 아쿠아포닉스 시스템에서 생물 자극제가 지속 가능한 작물 생산에 미치는 효능 평가

문제 제식
아쿠아포닉스는 양식업과 수경 재배를 결합하여 지속 가능하고 자원 효율적인 모델을 제공하지만, 시스템은 빈번하게 영양분 가용성, 특히 미량 원소와 관련된 문제 및 영양 전환 과정의 변동성에 직면한다. 이러한 제한 요소는 최적의 식물 발달을 저해할 수 있다. 생물 자극제(biostimulants)가 통제된 환경 내에서 생리적 과정을 조절하고 스트레스 내성을 강화하는 것으로 알려져 있으나, 물고기, 식물, 그리고 미생물 군집을 연결하는 실내 아쿠아포닉스 시스템 내에서의 구체적인 적용 방식과 효능에 대해서는 추가적인 실험적 검증이 필요하다. 본 연구는 천연 생물 자극제가 아쿠아포닉스 시스템의 생물학적 평형을 저해하지 않으면서 식물 성장을 개선할 수 있는지 평가하는 필요성을 다룬다.

연구 방법
본 연구는 500리터 규모의 순환식 실내 아쿠아포닉스 설비를 사용하여 90일 동안 진행되었다. 시스템은 잉어(Cyprinus carpio)와 호ล리 그린(Trigonella foenum-graecum, 페누그릭)의 재배를 통합하였다.

• 실험 단위: 설정에는 물고기 탱크, 생물 여과기, 그리고 재활용 플라스틱 병으로 제작된 재배 베드가 포함되었다. 물은 매일 6시간 동안 분당 5리터의 점적률로 순환되었다.
• 입식: 총 초기 입식 중량 102g(개체 평균 중량 2.55 ± 0.76g)인 잉어 치어 40마리를 입식하였다. 페누그릭 씨앗은 균일한 발아를 보장하기 위해 희석된 과산화수소로 처리되었다.
• 생물 자극제 제조 및 적용: 해조류 가루 100g과 자게리(jaggery) 가루 100g을 1리터의 염소를 제거한 물에 넣어 25 ± 2°C에서 5일간 발효시켜 생물 자극제 용액을 제조하였다. 이 용액을 여과한 후, 실험 기간 동안 매일 1리터의 물당 1ml의 농도로 엽면 살포하였다.
• 데이터 수집:
  • 식물 성장: 발달 단계(발아부터 연장 단계까지)에 따라 초장, 성장률, 생체량 생산을 측정하였다.
  • 물고기 성장: 30일 간격으로 체중 증가량(WG), 특정 성장률(SGR), 사료 전환율(FCR) 및 생존율을 평가하였다.
  • 수질: 물리화력적 파라미터(온도, 용존 산소, pH, 총 암모니아 질소, 아질산염)를 15일 간격으로 모니터링하였다.
• 통계 분석: 처리에 따른 유의성을 결정하기 위해 일원 분산 분석(One-way ANOVA)을 사용하였으며, 결과는 p < 0.05 수준에서 평균 ± 표준 편차(SD)로 표기하였다.

주요 결과

• 식물 성능: 생물 자극제를 처리한 페누그릭 식물은 처리하지 않은 대조군과 비교하여 모든 발달 단계에서 꾸준하고 점진적인 성장 증가를 보였다. 초기 단계(예: 발아 높이 0.52 cm 대 0.50 cm)에서는 차이가 미미했으나(예: 발아 높이 0.52 cm 대 0.50 cm), 처리군은 일관되게 더 높은 평균 높이를 유지하였다. 연장 단계(50~65일)에서 처리된 식물은 평균 높이 27.81 ± 4.12 cm에 도달하였으며, 이는 대조군의 27.00 ± 4.00 cm와 비교된다. 전반적으로, 본 연구는 생물 자극제 처리군에서 식물 성장 성능(높이, 성장률, 수확량)이 약 3% 개선되었음을 기록하였다.
• 물고기 성능: 잉어는 초기 2.55 ± 0.76 g에서 최종 평균 중량 10.60 ± 1.13 g에 도달하며 일관된 성장을 보였다. 특정 성장률(SGR)은 첫 달 2.24%/일에서 세 번째 달 1.15%/일로 감소하였으며, 전체 평균은 1.58 ± 0.66%/일이었다. 사료 전환율(FCR)은 평균 1.83 ± 0.34였다. 주목할 점은, 시스템이 100% 생존율을 달성했다는 것이다.
• 수질: 모든 물리화력적 파라미터는 두 종 모두에게 허용 가능한 범위 내에 있었다. 온도는 21.3°C에서 25.4°C 사이에서 변동하였고, 용존 산소(DO)는 5.25 ~ 6.0 mg/L 범위를 유지하였으며, pH는 약알칼리성(7.4~8.2)을 유지하였고, 질소 화합물(TAN: <0.20–0.25 ppm; 아질산염: 0.15–0.20 ppm)은 낮은 안전 수준으로 유지되어 효과적인 생물 여과와 생물학적 평형을 나타냈다.

의의 및 주장
본 논문은 해조류 추출물과 자게리 기반의 생물 자극제를 실내 아쿠아포닉스 시스템에 통합하는 것이 페누그릭의 성장과 생산성 측면에서 상대적이지만 완만한 업그레이드를 생성한다고 주장한다. 본 연구는 생물 자극제가 식물의 생리적 효능을 향상시켜, 대조군 대비 주요 지표에서 3%의 개선을 이끌어냈다고 결론짓는다.

저자들은 아쿠아포닉스가 복잡한 모델이지만, 해당 시스템 내의 식물은 영양 불균형을 겪을 수 있음을 강조한다. 이 생물 자극제의 성공적인 적용은 첨단 아쿠아포닉스 시스템에서 미래 생산 최적화를 위한 유익한 전략임을 시사한다. 결정적으로, 본 연구는 안정적인 수질 파라미터와 100% 물고기 생존율에서 입증된 바와 같이, 생물 자극제 적용이 시스템의 생물학적 평형을 방해하지 않았음을 보여준다. 본 연구는 영양 제한 문제를 해결하고 작물 산출을 개선하기 위해 천연 생물 자극제를 도입하는 것의 타당성을 뒷받침한다.