질화세균
♠ 여과 박테리아
동식물의 몸체에 있던 유기질소는 동식물의 사체가 박테리아에 의해 산화됨에 따라 박테리아
몸체 구성물질이 된다.
어떤 동물은 암모니아(NH4+)를 수 중으로 배설하고, 또 어떤 동물은 요소를 배설한다. 암모니
아는 대부분의 박테리아가 이를 직접 흡취하여 자신의 성장에 이용할 수 있고, 일부 박테리아
는 유기물을 분해하여 암모니아를 생성한다.
이렇게 생성된 암모니아는 단계적으로 산화되어(질산화작용 : nitrification) 산소가 충분한 수
중에서는 아질산염(nitrite, NO2-)을 거쳐 질산염(nitrate, NO3-)이 된다.
한편 산소가 부족한 환경에서는 이와 반대로 질산염→아질산염→암모니아로 환원반응이 진행
된다. 산소가 부족한 환경에서는 아질산염에서부터 탈질산화작용(denitrification)이 일어나
NO2-→ N2O → N2 방향으로 반응이 일어나기도 한다.
탈질산화작용을 통해 생긴 질소가스는 일부 박테리아에 의해 비록 미량이나마 식물체의
구성요소인 유기질소 형태로 다시 돌아온다.
질소 순환체계 중 가장 중요한 경로는 질산염, 아질산염, 암모니아 및 요소가 식물플랑크톤에
의해 흡취되는 과정이다.
식물플랑크톤의 구성물질이 된 질소는 동물플랑크톤이 포식함으로써 질소순환체계를 완성하게
된다.
❶ 헤테로트로픽 박테리아(Heterotrophic bacteria) : 암모니아 박테리아(NH3, NH4+)
모든 생물체들이 배설하는 분비물과 먹이 잔여분의 부패, 죽은 물고기들의 부패등과 사육어들의
피부로 통한 분비물, 즉 단백질(아미노산) 등에서 형성되는 미생물로써, 이 박테리아 역시 자체
내에서 먹이를 섭취하며 일종의 배설을 하게 되는데 이것이 암모니아(Ammonia: NH3＋NH4+)를
발생시키는 원인이 된다.
양식에 있어서 암모니아는 독성이다. 성공적인 양식를 위해서는 암모니아 발생을 무독성인
질산염으로 바꾸어 주어야 한다.
암모니아는 다시 암모늄(Ammonium : NH4+)과 암모니아(Ammonia : NH3)로 구분할 수 있는데,
pH값이 중성(pH 7)이나 산성(pH 7이하)일 때는 암모늄의 비율이 암모니아의 비율보다 높고
반대로 알칼리성(pH 7이상)으로 변할 때는 암모니아의 비율이 암모늄의 비율보다 높아진다.
암모늄은 어류 및 갑각류 들에게 미치는 영향이 적은 편이지만 암모니아가 어류(갑각류)들에게
미치는 영향은 매우 심각하다.
보편적으로 우리가 암모니아라고 말 할 때는 항시 NH3와 NH4+로 이루어져 있다.
헤테로트로픽 박테리아의 증식률은 약 15분마다 기하급수적으로 증가하는 매우 번식율이 높은
박테리아이다. 또한 우리 주변에서 가장 쉽게 발견될 수 있다.
❷ 나이트로소모나스 박테리아(Nitrosomonas bacteria) : 아질산 박테리아(NO2)
헤테로트로픽 박테리아 분비물에 의해서 형성되는데 이 박테리아 역시 자체 내에서 분해되서
아질산(NO2)을 발생시키는 원인이 된다. 쉽게 설명하자면 나이트로소모나스 박테리아는
헤테로트로픽 박테리아를 먹고 살며 일종의 배설 과정을 거치며 배설된 성분은 곧 아질산의
요인이 된다. 나이트로소모나스 박테리아의 증식률은 헤테로트로픽 박테리아의 번식에 비해
낮아 약 24∼36시간마다 배로 증가한다.
❸ 나이트로백터 박테리아(Nitrobacter bacteria) : 질산염 박테리아(NO3)
나이트로소모나스 박테리아의 분비물에 의해서 형성되는데 이 박테리아 역시 자체 내에서
분해되어질산염(NO3)을 발생시키는 원인이 된다.
이 과정을 우리는 질소 순환계라 부른다.
이 과정을 다시 쉽게 설명하자면 질산염 박테리아(Nitrobacter)는 아질산 박테리아
(Nitrosomonas)를 분해시키고 아질산 박테리아는암모니아 박테리아를 분해 시킨다.
앞에서 말했듯이 헤테로트로픽 박테리아는 흔하고 강하며 번식도 높으나 우리가 원하는
Nitrobacter 박테리아는 생식 조건이 까다롭다.
그들의 번식 환경조건은 첫째 풍부한 산소와 적절한 pH가 맞아야 하며 온도도 중요한 여건
중의 하나다.
어쨌든 충분한 양의 Nitrobacter bacteria가 서식하게 되기까지는 수조의 크기와 사육어의
밀도에 따라 3주에서 8주까지 의 기간이 걸린다. 물론 어떤 경우는 더 많은 기일이 걸리는
경우도 있다.
암모니아가 없어지고 아질산이 최고 수치까지 오른 후 현저하게 수치가 낮아지면서 양식장에
서 전혀 암모니아나 아질산 검출이 되지 않을때 질산염의 형성이 이루어지게 된다.
유독성분인 암모니아나 아질산이 완전히 제거된 후 그때서야 우리는 비로소 수질이 안정
되었다고 할 수 있다.
이들의 성장에는 미량금속이 필요하다.
처음 시작하는 사육조에서 활발히 생식활동을 하는 헤테로트로픽 박테리아의 번식으로 인해
그나마부족한 양의 미량광물질이 거의 흡수돼 없어져 버리고 만다.
아질산 박테리아(Nitrosomanas)나 질산염 박테리아(Nitrobacter)가 필요로 하는 양의 미량
광물질이생성되기까지는 수 주일의 기간이 필요하다.
아질산 박테리아는 번식조건이 까다로움에도 불구하고 생명력이 강하다.
그들의 생식조건만 어느 정도 갖춰진다면 먹이 없이도 오래 살 수 있다.
아질산 박테리아 조건만 맞으면 먹이가 없을때 동면상태에 들어가서 약 3년까지도 살아있을
수 있다.
반면에 질산염 박테리아은 번식 조건이 까다로우며 생명력도 강하지 못하다. 먹이가 감소
되면 그들의 숫자도 줄어든다.
즉 먹이가 없으면 죽는다. 우리가 필요로 하는 박테리아가 아질산 박테리아보다 질산염
박테리아(니트로박터)라는 것을 감안하여야 한다.
질산염 박테리아나 아질산 박테리아는 빛에 예민하다.
그들의 활동이 활발할 때는 별 지장이 없으나 특히 동면 상태에서는 치명적이다.
암모니아나 아질산에 비해 질산염은 무독성이라고 할 수는 있으나 높은 수치의 질산염 역시
해롭다.
♠ 암모니아
양어장 내에는 적지 않은 양의 유기물들이 배설되고, 사육지 바닥에는 먹고 남은 사료
찌꺼기가 침적된다.
암모니아는 양식어의 배설물질, 사료찌꺼기, 수중 유기물의 분해 등에서 수중에 용출된다.
암모니아는 양식장에서 생성되는 무기질소 중에서 가장 유독한 형태로서 타가 영양세균에
의한유기물질의 무기물화에서부터 생겨나며 대부분의 수서 동물에 의한 질소대사의 부산물
로서도 생긴다.
수용밀도가 높은 사육지의 어류가 사육밀도가 낮은 사육지의 어류보다 성장도가 낮은 것은
기본 상식으로 되어 있지만, 그 주된 원인은 어류의 배설물 분해에 의한 암모니아 때문이다.
대부분의 수서 동물은 암모니아를 배설하는데 1차적으로 아가미를 통하여 질소배설물의 50%
이상을 암모니아로 배설한다.
수 중에 암모니아가 높게 존재하면 어류가 배설하는 암모니아가 줄어들어 어류체내의
암모니아 농도가 증가하게 되어 성장이 둔화되고 생식소의 성숙에 나쁜 영향을 미치고, 질병
(특히 아가미질병) 에 걸리기 쉬워진다.
2가지 형태의 암모니아가 조직을 통과할 수 있으며, 독성은 낮은 용존산소하에서 심해지며
무산소 상태에서는 암모니아에 대한 저항도 낮아진다. 또 물 속의 암모니아 농도가 올라가면
헤모글로빈의 역활을 방해하며 적혈구의 세포도 감소되고 이산화탄소의 함량도 증가한다.
암모니아의 수질분석을 통해 얻은 값은 총암모니아(NH3 ＋ NH4+) 농도이다.
암모니아의 독성은 기본적으로 비이온화 상태의 NH3에 기인한다.
이온화된 암모니아(NH4+)는 수 중에서 어류 조직을 통과할 수 없다.
따라서 NH3의 양은 pH가 높을수록 증가하고 어류의 조직을 통과하여 체내에 들어가므로
어류에 악영향을 미친다.
수 중의 총암모니아(NH4+＋NH3) 중 NH3의 비율은 pH와 수온에 따라 크게 변화한다.
즉 pH와 수온이 높으면 유독한 NH3의 비율이 많아지므로 총암모니아의 양이 같아도 암모니
아의 독성은 강하게 되고 용존산소가 적고 이산화탄소가 많은 경우에는 더 강하게 된다.
♠ 아질산염 및 질산염
아질산염 및 질산염은 암모니아세균의 작용에 의해 산화되어지는 과정에서 생성되어진다.
아질산염이 어류의 체내에 들어오면 혈중의 헤모글로빈에 작용하여 헤모글로빈은 산소를
결합할 수 없는 상태의 메트헤모글로빈으로 되어 혈액의 산소 수송능력을 저하시켜 때로는
폐사에 이르게 된다.
장기간에 걸친 질산의 영향은 뚜렷하지 않지만 고농도에서라도 치명적인 독성을 나타내지
않는다.
양식되고 있는 어류가 배설하는 배설물 중에는 분 외에도 뇨와 아가미에서 호흡할 때 배설
하는 암모니아 질소도 있다.
눈에 보이는 고형분은 침전시켜 제거시킬 수 있으나, 뇨와 아가미에서 나오는 암모니아는
수 중에 곧 혼합되어 사육수 중에 암모니아 질소나 아질산 질소량을 증가시키게 된다.
이들 배설물의 분해물질은 대부분 암모니아 질소(NH4-N), 아질산 질소(NO2-N),
질산성 질소(NO3-N)로 변화한다.
일반적으로 아질산 중독은 만성적으로 진행되기 때문에 발병시기를 모르는 경우가 많다.
어류 및 갑각류를 사육하게 되면 수 중에 질소분이 증가한다.
이들 질소는 어류 및 갑각류의 대사 배설물이 분해되어 생긴 것으로 암모니아성 질소
(NH4-N), 아질산성 질소(NO2-N), 질산성 질소(NO3-N)등이다.
이들 중에서 암모니아 질소(NH4-N)가 증가하다가 시간이 지남에 따라 아질산성 질소
(NO2-N)가 증가한다. 반면 질산은 분해되지 않고 점점 증가하게 된다.
이중에서도 암모니아 질소(NH4+-N)는 독성은 없으나, 이온화 되지 않은 NH3-N는 독성이
강함으로 중독증이 발생된다.
그러나 NH3-N는 곧 NH4+-N로 이온화시켜 암모니아의 독성을 방지할 수 있으므로 NO2-N
중독이 가장 큰 문제로 다루어질 수 있다.
마지막으로 질산(NO3-N)은 직접적으로 독성을 보이지는 않지만, 간접적으로 아질산
중독증을 일으킨다. 이들 질소는 유익 미생물과 식물에 의해 정화가 된다.
질산화 세균인 Nitrosomonas나 Nitrobactor 등의 증식이 잘 이루어지면 암모니아나
아질산이감소되며, 또한 식물성 플랑크톤이 잘 자라도 암모니아나 아질산이 감소하게 된다.
어류 및 갑각류가 생산하는 양 이상을 식물성 플랑크톤이 암모니아 질소(NH4-N),
아질산 질소(NO2-N)를 소비하여야 물은 정화되어 어류가 살수 있는 환경을 유지하게 된다.