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기계이앙논에서 잡초를 방제하기 위한 제초체계는 제초제 사용시기에 따라 초기, 중기 및 후기 처리로 나눈다. 초기 처리는 이앙 전에서 이앙 후 5-7일(피 1.0엽)까지, 중기 처리는 이앙 후 8-15일(피 1.0-2.5엽기)에서 15-20일(피 2.5-3.0엽)까지 그리고 후기 처리는 벼 유효분얼 종지기부터 유수형성 전까지이다(Kim et al., 2021). 여기에 새롭게 추가된 제초체계가 이앙동시처리이다.
제초제 사용은 노동시간을 획기적으로 절감시켜 유휴인력은 다른 농작업이나 산업화에 필요한 노동력을 제공하였다. KCPA (2020)에 의하면 논 1,000 m2 (10 a, 300평)에 발생하는 잡초를 제거하는데 1949년에는 50.56시간이었으나, 산업화가 진행되던 1965년에 17.44시간이었다. 그 후 고활성 제초제의 투입과 새로운 제형이 개발되면서 그 시간이 점차 감소하여 2006년에는 30분, 2020년에는 10분 내외이면 제초제 처리를 끝낼 수 있게 되었다. 그러나 이러한 제초제 처리 시간의 혁신적인 단축에도 불구하고, 기계이앙하는 시간은 10 a당 10.44시간이 소요되어 기계이앙과 동시에 제초제를 처리하는 것은 잡초방제에 소요되는 시간을 조금이라도 줄일 수 있을 것이다.
이앙동시처리제는 이앙기에 제초제 살포기를 부착하여 벼 이앙과 동시에 제초제를 수면처리하는 방법이다(Fig. 1.). 이런 이앙동시처리제 살포의 경우, 가급적 써레질 2-3일 안에, 1-2 cm 정도의 수심을 유지한 상태에서 살포해야 벼에 약해를 줄일 수 있다(Lee et al., 2019). 노동력 절감이라는 시장의 요구가 절실한 시점에 (주)농협케미컬에서 이앙동시처리제인 펜퀴노트리온·피라클로닐·피라조설퓨론-에틸 입제를 출시하였기에 이 제품의 주요한 생물특성을 소개하고자 한다.
펜퀴노트리온·피라크로닐·피라조설퓨론-에틸 입제(FPP)에 대하여
이화학적 성상 및 제초성분별 특성
벼 이앙과 동시에 적용 제초제를 살포하여 논잡초를 생육 중·후기까지 효과적으로 방제하기 위하여 3가지 제초성분을 혼합하였다. 여기에 사용된 제초성분은 Fenquinotrione, pyraclonil, 그리고 pyrazosulfuron-ethyl이다.
Fenquinotrione (source: PubChem®, 2022a).
○ Chemical name (IUPAC): 2-[8-chloro-4-(4-methoxyphenyl)-3-oxoquinoxaline-2-carbonyl]cyclohexane-1,3-dione
○ Common name: Fenquinotrione
○ Chemical structure: 
○ Molecular formula: C22H17ClN2O5
○ Molecular weight: 424.83 g mol-1
○ Molecular weight: 424.83 g mol-1
○ Appearance: Light orange to brown solid
Fenquinotrione (FQT)은 광엽 및 방동사니과 잡초를 폭넓게 방제할 수 있는 제초제이다. FQT는 HPPD (4-hydroxy phenylpyruvate dioxygenase)저해제로서 SU (sulfonyurea)계 제초제 저항성 일년생 및 다년생잡초를 효과적으로 방제할 수 있다(Yamamoto et al., 2021). 이 제초성분은 일본의 Kumiai Chemical Industry (クミアイ化学工業)에서 2007년에 발견한 후 여러 시험과정을 거쳐 2013년에 실용성이 확인되었다(FPP, 2021). FQT의 예비시험이나 위탁시험에서 나타난 특성으로는 첫째는 벼 품종간에 약해가 없었고(Kwon et al., 2018), 둘째는 제초제 저항성 올챙이고랭이 및 물달개비를 효과적으로 방제할 수 있으며, 셋째는 간척지논에서 문제되는 새섬매자기에 대한 방제효과가 우수하다는 것이다.
Pyraclonil (source: PubChem®, 2022b).
○ Chemical name (IUPAC): 1-(3-chloro-4,5,6,7-tetrahydropyrazolo[1,5-a]pyridin-2-yl)-5-[methyl(prop-2-ynyl)amino]pyrazole-4-carbonitrile
○ Common name: Pyraclonil
○ Chemical structure:
○ Molecular formula: C15H15ClN6
○ Molecular weight: 314.77 g mol-1
○ Appearance: White to yellow powder
Pyraclonil (PCN)은 PPO (protoporphyrinogen oxidase) 계통으로 피 뿐만 아니라 논 일년생잡초를 효과적으로 방제할 수 있다. 이 제초성분은 일본의 Kyoyu Agri Co., Ltd.가 독일의 Bayer로부터 2002년에 제반 권리를 취득한 후 개발하였다(FPP, 2021). PCN은 강한 토양 흡착력으로 용출이 없어 논물 배출로 인한 수중 생태계에는 영향이 없다. 또 피 2.5엽기까지 억제할 수 있을 뿐만 아니라 물달개비, 알방동사니 등 다른 일년생잡초 및 논조류도 동시에 방제할 수 있다(PCN, 2022).
Pyrazosulfuron-ethyl (source: PubChem®, 2022c).
○ Chemical name (IUPAC): ethyl 5-[(4,6-dimethoxypyrimidin-2-yl)carbamoyl sulfamoyl]-1-methylpyrazole-4-carboxylate
○ Common name: Pyrazosulfuron-ethyl
○ Chemical structure: 
○ Molecular formula: C14H18N6O7S
○ Molecular weight: 414.40 g mol-1
○ Appearance: White crystalline powder
Pyrazosulfuron-ethyl (PSE)은 SU계통으로 논 일년생 및 다년생 광엽잡초를 효과적으로 방제할 수 있다. 이 제초성분은 일본의 Nissan에서 1980년 후반에 개발되어 우리나라에는 1990년대 초에 등록되어 피 전문 제초제와의 혼합제로 널리 사용되고 있다(FPP, 2021). CABI (1992)에 의하면, PSE는 피를 제외한 논에 발생하는 주요 잡초를 10 g ai ha-1 미만으로 방제할 수 있으며, 광엽 및 방동사니과잡초에 특이적으로 반응하여 효과가 좋다고 하였다. PSE는 SU계 제초제 저항성 올챙이고랭이 뿐만 아니라 올미, 올방개, 너도방동사니, 벗풀 등을 효과적으로 방제할 수 있다.
FPP의 활성범위
펜퀴노트리온·피라클로닐·피라조설퓨론-에틸(FPP) 입제는 예비시험이나 몇 차례 실시한 등록시험에서 벼 어린모 기계이앙논에 발생하는 일년생 및 다년생 잡초를 효과적으로 방제하였다. FPP의 적용잡초를 보면, 일년생잡초는 피, 물달개비, 발뚝외풀, 여뀌바늘, 알방동사니, 자귀풀이고, 다년생잡초는 올방개, 올챙이고랭이, 벗풀이다(FPP, 2021; Fig. 2). FPP는 3종의 제초성분이 최대의 효과가 발휘할 수 있게 최적의 조합으로 제조되었다. 즉 서로 방제효과가 낮은 부분을 상승효과를 유지하면서 물달개비와 올챙이고랭이와 같은 저항성잡초를 포함한 논 일년생 및 다년생잡초를 방제하였다.
FPP의 작용기작
Fenquinotrione (FQT)은 광엽 및 방동사니과 잡초 등 다수의 잡초에 대해서 방제효과가 있는 트리케톤계(triketone compounds)의 제초제이다. 또 최근 SU계 제초제에 대한 저항성 발현이 문제가 되고 있는 올챙이고랭이, 물달개비 등에 대해서도 FQT는 높은 방제 효과를 가지고 있다(FPP, 2021). FQT는 클로로필(chlorophyll)이 흡수한 빛 에너지를 화학에너지로 전환시키는 물질(plastoquinone)의 생합성 경로에 작용하는 효소인 4-HPPD를 저해하고 간접적으로 카로티노이드 생합성에 영향을 주어 백화현상을 일으켜 고사시키는 작용을 한다(Kwon et al., 2018). 또한 이 제초성분은 2017년 아시아·태평양잡초학회에서 새롭게 개발된 제초제로 소개된 바 있었으며, SU계 저항성 광엽잡초에 대해 높은 약효가 있어 300 g a.i. ha-1 약량으로 처리시 저항성 물달개비, 물옥잠, 벗풀 등의 일년생 및 다년생 저항성잡초가 방제된다(Lee et al., 2017).
Pyraclonil (PCN)을 처리한 식물체는 갈변증상을 나타내어 그 후 백화(chlorosis), 괴사(necrosis), 시들고 건조되어 고사한다(FPP, 2021). 또한 약제처리로부터 고사에 이를 때까지 속도가 빠르고 효과 발현에 빛이 필요한 점에서 프로토포르피리노겐-IX (protoporphyrinogen IX) oxidase 활성저해제로 알려져 있는 디페닐에테르계나 환상이미드계 제초제와 같은 작용을 한다. PCN은 토양내 이동성이 1 cm 이내(PCN, 2022)로 적어 환경에 매우 안전하다. 즉 벼 이앙 동시에 제초제를 살포하면 즉시 논 표면에 처리층을 형성하여 이미 발생한 잡초는 뿌리로 약제가 흡수되어 죽게 하고, 잡초종자는 발아되면서 접촉에 의해 발생을 못하게 한다. 또 토양이동성이 아주 낮기 때문에 논물이 수계(水系, river system)에 흘러가도 환경에 미치는 영향은 적다.
Pyrazosulfuron-ethyl (PSE)은 주로 잡초의 근부를 통해서 흡수되고 흡수 후 쉽게 체내를 이동하여 아미노산의 생합성을 막고 새 순(new shoot)의 발육을 억제하여 뿌리의 발달을 지연시킨다(FPP, 2021). PSE와 같은 SU계 제초제는 요소계의 기본구조에 SO2기가 치환된 것으로 1차적 작용기작은 처리 후 6시간 이내에 아미노산 합성을 저해하고 2차적으로 광합성, 호흡, 단백질 합성을 저해한다. 1980년대에 bensulfuron-methyl을 개발한 이래 PSE 등 여러 종류의 SU계 제초제가 있다. 억제증상으로는 황화, 백화, 정아의 고사, 변색 등이 나타난다. 이 제초제의 작용점은 ALS (acetolactate synthase)이며, ALS는 측쇄가 있는 여러 아미노산(valin, leucine, isoleucine) 생합성을 억제한다. 여러 아미노산 합성이 억제되면 2차적으로 식물의 생장이 멈춘다(Kim et al., 2021).
FPP의 사용상의 주의사항
제초제는 농작물과 잡초와의 고도의 선택성에 의해 잡초만을 방제하는 농약이다. 따라서 선택성을 저해하는 요인이 농작물에 발생하면 언제나 약해가 발생될 수 있다. 약해 유발요인으로 작물적 조건, 기상조건, 토양조건에 의해 일어날 수 있다(Kim et al., 2021). 특히 FPP는 이앙과 동시에 살포하는 제초제로 약해가 발생할 가능성이 높기 때문에 사용상 주의사항을 꼭 지켜야 한다. 특히 다음의 여섯 가지는 꼭 유념하여야 한다.
첫째로는 모래논, 물빠짐이 심한 논(물빠짐: 2 cm이상/일), 야산개답지, 유기물 함량이 낮은 척박한 논(새로 개간한 논이나 경지 정리한 논), 찬물이 나는 논, 고랭지 등 부적지에는 사용하지 않는 것이 좋다. 둘째로는 써레질이 잘되지 않아 논바닥이 논물위로 드러난 논이나, 모가 완전히 물에 잠기는 논에서는 약해가 발생할 우려가 있다. 셋째로는 써레질부터 이앙까지 기간이 3일 이상 길어지면 논바닥이 굳어 약해가 발생할 수 있으니 써레질 후 2일 이내에(논바닥이 굳기 전) 이앙 및 약제처리하여야 한다. 넷째로는 빠르게 이앙하거나 얕게 이앙할 경우 약해가 발생할 가능성이 매우 높아 안전한 사용을 위해서는 천천히 깊게 이앙하며 약제를 살포하는 것이 좋다. 다섯 번째로는 모의 이앙상태가 고르지 않거나 생육상태가 좋지 않은 논, 부실하거나 연약한 모를 이앙한 논, 모가 극히 얕게 심겨진 논, 모의 뿌리가 노출되었거나 활착되지 않은 논에서는 약해가 발생할 우려가 있다. 여섯 번째로는 이상기후(이상 고온, 이상 저온, 과습, 건조 등)에서나 중복 살포할 경우는 약해의 우려가 있으므로 주의하여야 한다.
설령 벼 생육초기에 잎 갈변, 생육억제 등의 약해가 발생되었다고 하더라도 적절한 병해충 방제, 비배관리, 물관리 등의 후속 조치가 이루어지면 수확에는 큰 영향이 없다.
Acknowledgements
This study was supported by joint research project from Ministry of Environment, Republic of Korea (Project number: 2021002270004).
Authors Information
In-Yong Lee, Hankyong National University, Research Professor
Chan-Young Kwon, NongHyup Chemical Co., Ltd., Marketing Strategy Team Leader
Ki-Chang Lee, NongHyup Chemical Co., Ltd., Marketing Strategy Team Herbicide Product Manager
Guy-Dong Choi, NongHyup Chemical Co., Ltd., President
Sun-Hee Hong, Hankyong National University, Professor
