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Title Page

Contents

Abstract 12

CHAPTER 1. Introduction 16

1.1. Background and necessity of this study 16

1.2. Cephalopods 20

1.3. Common octopus (Octopus vulgaris) 23

1.3.1. Morphological characteristics of O. vulgaris 23

1.3.2. Ecological characteristics of O. vulgaris 25

1.3.3. Recent study on O. vulgaris 29

1.4. Sea cucumber (class Holothuroidea) 35

1.5. Sea cucumber (Apostichopus japonicus) 37

1.5.1. Morphological characteristics of A. japonicus 37

1.5.2. Ecological characteristics of A. japonicus 41

1.5.3. Recent study of sea cucumber 43

1.6. Objectives and contents of this study 46

CHAPTER 2. Optimal shelter structure for common octopus (O. vulgaris) grow-out 48

2.1. Introduction 48

2.2. Materials and methods 52

2.2.1. Growth and survival survey of O. vulgaris by shelter structure 52

2.2.2. Stress analysis of O. vulgaris by shelter structure 62

2.3. Results 67

2.3.1. Growth and survival of O. vulgaris by shelter structure 67

2.3.2. Stress of O. vulgaris by shelter structure 77

2.4. Discussion 83

2.5. Summary 88

CHAPTER 3. Optimal shelter structure for sea cucumber (A. japonicus) grow-out 90

3.1. Introduction 90

3.2. Material and methods 93

3.2.1. Experimental design 93

3.2.2. Analysis methods 99

3.3. Results and discussion 103

3.3.1. Effect of hole shapes on shelter selection 103

3.3.2. Effect of materials on shelter selection 106

3.3.3. Effect of hole sizes on the shelter selection 109

3.3.4. Effect of body sizes on shelter selection 110

3.3.5. Movement characteristics of A. japonicus 111

3.3.6. Movement characteristics of A. japonicus based on the surface roughness of shelter materials 118

3.4. Summary 126

CHAPTER 4. Synthesis and conclusions 128

References 132

국문초록 146

List of Tables

Table 1-1. Different common names of A. japonicus 39

Table 2-1. Summary statistics of water temperature, growth In (Wa), and...(이미지참조) 60

Table 2-2. Summary statistics of water temperature, growth In (Wb), and...(이미지참조) 61

Table 2-3. Sampling information of O. vulgaris 63

Table 2-4. Regression analysis of the effect of water temperature (Temp.) on growth In (Wa) and survival Slb of...(이미지참조) 71

Table 2-5. Regression analysis of the effect of water temperature (Temp.)... 72

Table 2-6. Regression analysis of the effect of water temperature (Temp.) on... 73

Table 2-7. Regression analysis of the effect of water temperature (Temp.) on... 74

Table 2-8. Age (days) in the upper beak obtained for O. vulgaris, CV... 77

Table 2-9. Literature on the survival and growth rates of octopus in the field and artificial culture 84

Table 3-1. Experimental conditions of PIV system 98

Table 3-2. Distance moved by A. japonicus individuals of different... 116

Table 3-3. Movement speeds of A. japonicus individuals of different... 117

Table 3-4. Movement velocity, turbulence intensity, and force of large... 120

Table 3-5. Movement velocity, turbulence intensity, and force of small... 121

List of Figures

Fig. 1-1. Global capture production (FAO, 2017). 18

Fig. 1-2. Percentage of production by aquaculture species in Korea... 19

Fig. 1-3. Capture production of main cephalopods in Korea (KOSTAT, 2017). 22

Fig. 1-4. Morphologic octopus; (a) internal and (b) external (retrieved 24

Fig. 1-5. Rearing system of box type for octopus in Korea. 29

Fig. 1-6. Rearing system for octopus grow-out (a patent number:... 31

Fig. 1-7. Various types of rearing systems for the common octopus... 33

Fig. 1-8. Capture production of sea cucumber in Korea (KOSIS, 2017). 36

Fig. 1-9. lnternal anatomy of A. japonicus. 38

Fig. 1-10. Body wall, ventral side (a) and dorsal side (b) in a live A.... 38

Fig. 1-11. Different color variants of A. japonicus (Yang et al., 2015). 40

Fig. 1-12. Various types of rearing systems sea cucumber grow-out;... 45

Fig. 2-1. Rearing systems for grow-out of common octopus (a)... 53

Fig. 2-2. Location of the study in Yeosu, Korea. 54

Fig. 2-3. Time series of water temperature and salinity in-situ: (a)... 56

Fig. 2-4. Cross section of (a) upper and (b) lower... 65

Fig. 2-5. Survival rate (%) of common octopus in pipe-shelter (PS),... 68

Fig. 2-6. Estimation of growth In (Wa) as a function of...(이미지참조) 75

Fig. 2-7. Estimation of growth In (Wb) as a function of water temperature...(이미지참조) 76

Fig. 2-8. Relationship between body weight (g) and age (days) in beak... 78

Fig. 2-9. Stress marks (darker increments) of O. vulgaris in (a) G1,... 80

Fig. 3-1. Shelter structure with different hole shapes in the experiment;... 95

Fig. 3-2. Experiment schematic for shelter material and shape... 96

Fig. 3-3. Experimental set-up for measurements of the movement... 101

Fig. 3-4. Calculation of velocity vector of moving particles. 102

Fig. 3-5. Number of A. japonicus individuals attracted to... 104

Fig. 3-6. Attraction of A. japonicus to each hole shape of the shelters. 105

Fig. 3-7. Number of A. japonicus individuals attracted to shelters... 107

Fig. 3-8. Attraction of A. japonicus to each shelter material. 108

Fig. 3-9. Attraction of A. japonicus to small (s: 0.0014 ㎡) and... 109

Fig. 3-10. Frequency of body sizes of A. japonicus attracted to... 110

Fig. 3-11. Movement patterns of A. japonicus individuals of different body... 113

Fig. 3-12. Velocity distribution of large A. japonicus in shelters made of... 122

Fig. 3-13. Velocity distribution of small A. japonicus in shelters made of... 125

초록보기

 이 연구에서는 최근 우리나라에서 양식 대상 종으로 크게 각광 받고 있는 고부가가치 수산 무척추 동물인 문어(Octopus vulgaris)와 해삼(Apostichopus japonicus)의 서식과 성장에 가장 적합한 양성 기구의 은신처 구조를 개발하기 위하여 다음과 같은 연구 과정별 내용으로 구성된 실험적 연구를 수행하였다. 1) 해상에서 PIT(passive integrated transponder) 태그를 이용하여 세 가지 종류의 문어 양성용 은신처 구조[파이프(pipe shelter; PS), 튜브(tube shelter; TS) 및 대조구(no shelter; NS)]를 대상으로 계절 변화(Experiment 1: 봄-여름, Experiment 2: 가을-겨울)에 따른 문어의 성장과 생존에 대한 추적 조사를 수행하였다. 2) 실내 수조에서 문어 양성용 은신처 구조(PS, TS)와 대조구(natural condition; NC)에 문어를 입식한 후 은신처 구조 등 인위적인 환경 조건의 변화가 문어의 스트레스에 미치는 영향을 조사하였다. 3) 실내 수조에서 비디오 촬영과 육안 관찰을 통해 수온의 변화(10, 15 및 20℃)와 해삼의 개체 크기에 따른 은신처 입구 형상(삼각형, 사각형 및 원형)과 입구 면적(0.0014, 0.0025 및 0.0079 m²) 및 은신처 재질(PVC, 시멘트 모르타르 및 다공성 시멘트 모르타르)에 대한 해삼의 은신처 선호도와 적정 은신처를 탐색하기 위해 해삼이 이동한 거리와 속도 등 행동 특성을 조사하였다. 4) 은신처 재질의 표면 거칠기에 따른 해삼의 선호도를 조사하기 위해 PVC(표면 거칠기: 0.68~0.9 mm)와 시멘트 모르타르(표면 거칠기: 1.5~1.8 mm) 및 다공성 시멘트 모르타르(표면 거칠기: 2~2.2 mm)로 만든 판 위를 이동하는 해삼의 개체 주위에서 발생하는 2차원 유동 특성을 입자 영상 유속계(PIV)로 측정하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다.

1) Experiment 1의 결과, 문어의 성장률은 PS에서 0.20±0.15%/day, TS에서는 0.24±0.10%/day 그리고 NS에서는 1.08%/day으로 나타났다. 또한 문어의 생존율은 PS에서 37.5%, TS에서는 62.5% 그리고 NS에서는 12.5%로 나타났다. 한편, Experiment 2의 결과, 문어의 성장률은 PS에서 0.50±0.20%/day, TS에서는 0.32±0.12%/day 그리고 NS에서는 0.44±0.10%/day으로 나타났다. 또한 문어의 생존율은 PS에서 87.5%, TS와 NS에서는 75%로 나타났다.

2) 수온의 변화(5.4~23.1℃)에 따른 문어의 개체별 성장 및 생존에 대한 회귀 분석 결과, Experiment 1과 Experiment 2에서 대부분의 문어는 수온 변화에 따라 성장 및 생존에 영향을 받는 것으로 나타났다. 즉, 문어는 8~19℃의 수온 범위에서 지속적으로 성장이 가능하며, 특히 문어의 성장에 가장 적합한 수온 범위는 16.05~17.94℃로 나타났다.

3) 실험에서 대상으로 한 모든 문어에서 어획 과정 중에 발생한 것으로 추정되는 스트레스를 확인하였다(P＜0.1). 그리고 PS와 TS에서 스트레스에 대해 통계적으로 유의한 차이가 나타났으며(P≤0.1), TS에서는 문어가 초기에 적응한 후 스트레스를 거의 받지 않는다는 것을 확인하였다. 반면, 각 실험구에서 문어의 성별에 따른 스트레스 차이는 나타나지 않았다(P＞0.1).

4) 은신처 입구의 형상에 따른 해삼의 은신처 선호도의 경우 주간에 원형 입구에서 높게 나타났다(P＜0.5). 그리고 은신처 재질에 따른 해삼의 은신처 선호도는 주·야간 조건에 관계없이 시멘트 모르타르와 다공성 시멘트 모르타르 재질에서 높았고, 특히 시멘트 재질에서 선호도가 높게 나타났다. 또한 은신처 입구 면적에 따른 해삼의 은신처 선호도의 경우 전체 입식 개체수의 70%가 소형(0.0014 m²)과 중형(0.0025 m²)의 면적을 선호하는 것으로 나타났으며, 무게가 20~60 g 사이의 개체들이 은신처에 대한 선호도가 높게 나타났다.

5) 수온의 변화에 따른 은신처 주변에 대한 해삼의 이동 특성을 분석한 결과, 수온 20℃에서 해삼의 이동 거리가 평균 1.572 m로 가장 길었으며, 이동 속도도 0.373×10-3 m/s로 가장 빨랐다. 그리고 해삼의 개체 크기에 따른 해삼의 은신처 주변을 이동한 거리(m)는 소형(1.501) ＞ 중형(1.475) ＞ 대형(1.310)의 순으로 나타났으며, 이동 속도(×10-3 m/s)의 평균은 중형(0.289) ＞ 대형(0.269) ＞ 소형(0.181)의 순으로 나타났다.

6) 해삼이 은신처 위를 이동할 때 은신처 재질의 표면 거칠기에 따라 해삼 주위에서 발생하는 2차원 유동 특성과 힘이 다르게 나타나는 것을 확인하였다. 즉, 해삼은 PVC와 같이 표면이 미끄러운 재질 위를 이동할 때는 상대적으로 이동 속도가 크고 큰 힘을 발생시키는 반면에 표면이 거친 시멘트 모르타르 재질 위를 이동하는 경우 이동 속도와 힘도 비교적 작게 나타났다. 그런데 같은 시멘트 모르타르 재질일지라도 표면에 구멍이 많이 있는 다공성 재질의 경우 해삼의 관족이 구멍에 빠져서 이동이 어렵기 때문에 다공성 재질보다는 일반 시멘트 재질이 해삼의 은신처 재질로 보다 적합한 것으로 판단된다.

이상의 연구 결과를 토대로 문어와 해삼의 적정 은신처 구조는 문어의 경우 개별적으로 입식하는 튜브 구조(TS)이고 해삼의 경우에는 크기가 비교적 작은 원형의 홈이 구비된 시멘트 모르타르 재질로 제작된 은신처로 확인되었다. 상기 연구 결과는 향후 문어와 해삼의 생산량을 증대시키기 위한 양성 시설 또는 인공 어초의 설계 시 적절한 은신처 구조와 재질을 선정하는데 유용하게 활용될 수 있으리라 사료된다.

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