Causes of Low Control Effect of Pre-emergence Herbicides against Cocklebur (Xanthium canadense Mill.)

Research Article
김 진원  Jin-Won Kim1*전 윤호  Yun-Ho Jeon1정 현우  Hyun-Woo Jeong1

Abstract

Burweed (Xanthium canadense Mill.) is exotic weed and one of problematic weeds in orchards but many pre-emergence herbicides cannot control this weed effectively. The objective of this study was to clarify low control effect of 10 pre-emergence herbicides and to find the cause. As a result of 10 pre-emergence herbicides application to soil sowing X. canadense seeds with seed coat, dichlobenil was the best as 100% control followed by oxyfluorfen and simazine. Residual oxyfluorfen and simazine in above-ground part were less than 20%, but those in seed coat were more than 80% compare to those in the soil. Xanthium canadense without seed coat was well-controlled by both herbicides. Therefore, the cause of low performance of pre-emergence herbicides against X. canadense was that thick seed coat absorbed herbicide and the penetration was insufficient to control X. canadense, not the tolerance. Application of non-selective herbicides or cutting could be more appropriate for control of X. canadense in the orchards rather than application of the pre-emergence herbicides.

Keyword



서 언

우리나라 농경지에는 총 81과 619종의 잡초가 발생하고 있으며, 이 중 과수원에는 63과 492종이 발생하고 있다(Lee et al., 2017). 특히 과수원에 발생하는 외래잡초는 24과 126종으로(Kim et al., 2018), 시간이 지남에 따라 종류가 다양해지며 빠르게 확산되고 있다. 외래잡초는 다양한 환경에 적응하며 생육이 빠르고 종자생산량이 많은 특성을 가지고 있으며, 대부분 일반적인 방법으로 방제가 어려워 생산물의 양과 질 모두 피해를 줄 가능성이 매우 높다.

큰도꼬마리(Xanthium canadense Mill.)는 국화과 하계 일년생 외래잡초이며, 주로 과수원에서 발생한다. 씨앗에 붙은 가시의 밀도로 도꼬마리(X. strumarium L.)와 구분한다고 알려져 있으나, 염색체 수가 2n=4X=36으로 동일하고(Kiran and Dogan, 2017), 지역적으로 독립된 개체간의 교배가 가능하기 때문에(McMillan et al., 1976), 세계적으로는 도꼬마리의 아종(X. strumarium var. canadense) 혹은 종복합체(Xanthium complex)의 하나로 보고 있다. 종자의 추출물은 항산화활성(Scherer and Godoy, 2009), 항암성(Kim et al., 2003), 살충활성(Roy et al., 2012), 항진균성(Park et al., 2005) 등이 있는 것으로 밝혀졌다. 또한 빠른 생장(Bozsa and Oliver, 1990)과 타감작용(allelopathy)으로(El-Gawad et al., 2019) 주변 생태계의 종다양성을 감소시킨다(Nigussie Seboka et al., 2017). 작물에 대한 경합력도 강력하여 콩 밭 1.5 m2 당 1 개체가 발생했을 때, 최고 48%의 수량을 감소시킬 수 있다(Tranel et al., 2003).

So et al. (2008)은 큰도꼬마리에 대한 제초제 10종의 약효를 검토한 결과, 경엽처리제의 효과는 우수했으나 토양처리제의 효과는 미미한 것으로 보고하였다. Sikkema et al. (2008)은 유사종인 도꼬마리 방제에 클로란슐람(cloransulam)을 제외한 4종의 토양처리제가 효과적이지 못하다고 보고하였다. 두 연구 모두 토양처리제 보다는 경엽처리제가 효과적이라고 보고하였으나, 토양처리제 처리가 큰도꼬마리 방제에 효과적이지 못한 이유에 대해서는 논의된 바가 없다.

따라서 본 연구에서는 과수원에 등록된 토양처리제들의 큰도꼬마리에 대한 약효를 평가와 더불어, 제초제 잔류량을 비교를 통해 방제가가 낮은 원인을 파악하여 효과적인 큰도꼬마리의 방제법을 도출하고자 하였다.

재료 및 방법

본 실험에서 사용한 큰도꼬마리는 전라북도 김제시 백구면에서 2018년 12월에 채종하였고, 정선하여 사용하였다. 실험에 사용한 큰도꼬마리 종자는 균일한 발아를 유도하기 위해 Fig. 1과 같이 종피를 파상하여 파종하였다. 토양처리제 처리는 TP8001EVS (TeeJet® technologies, Glendale Heights, IL, USA) 노즐을 장착한 스프레이부스(R&D sprayer, Opelousas, LA, USA)를 사용하였고, 분사량은 600 L ha-1였다.

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Fig. 1. Pretreatment of Xanthium canadens seeds for even germination.

큰도꼬마리에 대한 토양처리제 10종의 약효평가

327×217×111 mm3 플라스틱 포트에 원예용 상토(Bunong, Gyeongju, Korea)와 수도용 상토(Bunong, Gyeongju, Korea)를 1:1 (v/v)로 혼합하여 채운 후, 정선한 큰도꼬마리 종자 20립을 파종하고, 2 cm 토양심도로 복토하였다. 파종 1일 후, 10종의 토양처리제(Table 1)를 추천약량으로 4반복 처리하였다. 약제처리 25일 후, 생존개체수와 생체중을 조사하였으며, 생체중을 기준으로 방제가를 계산하였다.

큰도꼬마리 식물체 및 토양 내 잔류량 측정

동일한 조건으로 정선한 큰도꼬마리 종자를 파종한 후, 옥시플루오르펜(oxyfluorfen)과 시마진(simazine)을 추천약량으로 4반복 처리하였다. 약제 처리 후 21일차에 처리구별로 지표면 밖으로 나온 종피와, 떡잎과 뿌리를 포함한 식물체, 그리고 토양을 각각 채집하였다(4반복). 채집한 시료는 ‘농산물 등의 유해물질분석법(식품의약품안전처고시 제2016-148호)’에 따라 전처리 분석하였다.

종피를 제거한 큰도꼬마리에 대한 토양처리제의 약효평가

동일한 조건으로 포트를 준비한 후, 종피를 완전히 제거한 큰도꼬마리 종자 50립을 파종하고 2 cm 토양심도로 복토하였다. 파종 1일 후에 옥시플루오르펜과 시마진을 추천약량으로 3반복 처리하였다. 약제처리 21일차에 생존개체수와 생체중을 조사하였으며, 생체중을 기준으로 방제가를 계산하였다.

통계분석

Tukey’s HSD test를 포함한 모든 통계분석은 SAS 9.4 (SAS Institute Inc., USA)를 사용하였다.

결과

큰도꼬마리에 대한 토양처리제 10종의 약효평가

큰도꼬마리의 방제를 위해 10종의 토양처리제의 약효를 평가한 결과 일부 제초제를 제외하고 대부분은 약효가 미미하거나 없는 것으로 나타났다(Table 1). 생존개체는 방제가 100인 디클로베닐을 제외하고 9종의 토양처리제 처리구에서 무처리와 유의미한 통계적 차이가 없었다. 생체중을 기반으로 한 방제가는 디클로베닐이 가장 높았으며(100%), 옥시플루오르펜(E그룹, PPO inhibitor)은 준수한 방제효과를 보였고(80%), 시마진(C1그룹, PSII site A inhibitor)은 낮은 수준의 방제효과를 보였다(66%). 그 외 7 종의 토양처리제초제는 효과가 없거나 미미하였다(0-33%).

Table 1. Efficacy of 10 pre-emergence herbicides against Xanthium canadense at 25 days after herbicide treatmtent.

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x L: Cell wall synthesis site C inhibitor; K3: Mitosis inhibitor; K1: Microtubule assembly inhibitor; E: PPO inhibitor; C1: PSII site A inhibitor; N: Lipid synthesis (nor ACCase) inhibitor.

y GR: Granule; SC: Suspended concentrate; EC: Emulsified concentrate; WP: Wettable powder.

a-c: Same letters in same column are not significantly different by Tukey’s HSD test at α=0.05 level.

큰도꼬마리 식물체 및 토양 내 잔류량 측정

큰도꼬마리의 지상부, 종피 및 토양 내 잔류량을 측정한 결과, 지상부보다 종피(Seed coat)에 더 많이 존재하는 것으로 나타났다(Table 2). 옥시플루오르펜 처리구의 토양에서는 3.1±0.53 ppm이 검출되었으나, 지상부와 종피에서는 각각 0.6±0.27과 2.8±0.73 ppm이 검출되었다. 시마진 처리구의 토양에서는 5.3±1.12 ppm이 검출되었으나, 지상부 및 종피에서는 각각 0.4±0.04과 2.5±0.57 ppm이 검출되었다.

Table 2. Residual active ingredient of 2 pre-emergence herbicides in above-ground part and seed coat of Xanthium canadense and soil.

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종피를 제거한 큰도꼬마리에 대한 토양처리제의 약효평가

옥시플루오르펜과 시마진은 종피가 제거된 큰도꼬마리를 90% 이상으로 방제하였다(Table 3). 생존개체수는 옥시플루오르펜과 시마진 처리구 각각 5.3±2.05과 10.3±2.49개로 무처리구의 32.0±2.16보다 유의미하게 적었다. 생체중을 기반으로 한 방제가 또한 두 토양처리제 처리구에서 각각 95와 90%를 보였다.

Table 3. Efficacy of oxyfluorfen and simazine against xanthium canadense without seed coat at 21 days after herbicide treatment.

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a, b: Same letters in same column are not significantly different by Tukey’s HSD test at α=0.05 level.

고찰

과수원에서 사용할 수 있는 토양처리 제초제들 중 대부분은 큰도꼬마리를 효과적으로 방제할 수 없었다(Table 1). 종피를 제거한 상태에서 옥시플루오르펜과 시마진의 방제가는 각각 95 및 90%로 매우 높은 수준이었기 때문에(Table 3), 약효저감의 원인이 종 자체의 내성은 아닌 것으로 판단되었다.

옥시플루오르펜과 시마진에 대한 종피와 지상부 잔류량의 합이 토양 잔류량과 일치하거나 다소 적지만, 종피의 잔류량이 각각 지상부의 잔류량의 평균 20.8 및 17.8%였고, 토양 잔류량의 20.5 및 8.4%였다(Table 2). 즉, 토양 중 존재하는 제초제 성분의 80% 이상을 종피가 흡수하며 큰도꼬마리의 종자의 제초제 흡수량이 현저하게 감소했다. 큰도꼬마리에 대한 두 약제의 약효가 종피가 있을 때보다 종피가 없을 때가 각각 15 및 24%p 상승한 것으로 보아(Table 1 and Table 3) 종피를 제거했을 때 토양처리제가 큰도꼬마리 종자로 원활하게 흡수되어 방제효과가 상승한 것으로 해석할 수 있었다. 두 실험 결과를 종합했을 때, 큰도꼬마리에 대한 토양처리제 약효저감의 원인은, 제초제에 대한 내성이 있는 것이 아니라, 두꺼운 종피가 약제의 대부분을 흡수하여 종자에 도달하는 양이 감소했기 때문인 것으로 판단된다.

디클로베닐은 식물의 세포벽 생합성을 저해하는 약제의 특성상 주로 어린 식물에 강력한 제초효과를 나타낸다(Vaughn et al., 1996). 비록 디클로베닐이 큰도꼬마리를 100% 방제했지만, 6-8월은 큰도꼬마리의 발생기임과 동시에 과수의 생육기이기 때문에 큰도꼬마리를 방제하기 위해 디클로베닐을 처리할 경우 해당 과수에 약해 발생이 우려된다. 따라서 큰도꼬마리 방제를 목적으로 디클로베닐을 사용한다는 것은 약해 등의 우려를 포함하여 현실적으로 무리가 있을 것으로 판단된다.

큰도꼬마리의 발아는, 세포분열과 관련이 높은 K1그룹(microtuble assembly inhibitor)의 오리잘린, 펜디메탈린, 트리플루랄린 및 K3 그룹(mitosis inhibitor)의 나프로파마이드, 혹은 이들이 혼합된 합제 형태의 제초제에 거의 영향을 받지 않았다(Table 1). K1그룹의 경우, 밭작물 재배 시 가장 일반적으로 사용되는 그룹 중에 하나이지만(Talcott, 2013) 일반적으로 광엽잡초보다는 화본과잡초에 효과적이며(Barrentine and Warren, 1971), K3그룹 또한 광엽잡초 방제에 한계가 있다. 따라서 국화과잡초인 큰도꼬마리를 효과적으로 방제하는 것에는 무리가 있을 것으로 판단된다. 또한 제초제 작용기작의 특성상, 세포분열이 일어나는 부위에 직접 접촉해야 효과적으로 잡초생육을 방해할 수 있지만, 두꺼운 종피의 방패효과 때문에(Table 2) 직접적인 투과가 어려워 방제효과가 떨어진 것으로 판단된다.

옥시플루오르펜과 시마진은 각각 방제가가 80과 66%로 평균 이상의 방제가를 보였기 때문에(Table 1), 과수의 종류나 잡초발생 상황에 따라 두 제초제는 충분히 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 일부 약제가 충분히 살포되지 않은 개체에서는 재생하는 경우가 있었지만, 글루포시네이트와 글리포세이트 및 그 합제는 효과적으로 큰도꼬마리를 방제할 수 있었다(Supple. Table 1). 따라서 일반적인 경우에는 토양처리제를 사용하기보다 비선택성 제초제를 사용하거나 주기적인 예초를 통해 큰 도꼬마리를 방제하는 것이 효과적일 것으로 판단된다.

Acknowledgements

This study was supported joint research project from Rural Development Administration, Republic of Korea (Project number: PJ013216).

Authors Information

Jin-Won Kim, National Institute of Agricultural Sciences, Researcher, http://orcid.org/0000-0002-3245-3704

Yun-Ho Jeon, National Institute of Agricultural Science, Research assistant

Hyun-Woo Jeong, National Institute of Agricultural Sciences, Research assistant

References

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