서 론
산업혁명 이후 인간들의 경제활동 증가로 인한 대기 중 온실가스의 농도의 급격한 증가로 기후 온난화가 가속되어지고 있다. IPCC (Intergoveronmental Panel on Climate Change)는 4차 보고서에서 지구 온난화로 인해서 1906년부터 2005년까지 기온이 전 지구적으로 약 0.74°C 상승하였다고 보고한 바 있다(IPPC, 2007; KMA, 2008).
기후온난화로 온도가 상승하면 작물보다도 대부분 C4 식물인 잡초들이 더욱 민감하게 반응을 하기 때문에 기존 농경지에서 발생 초종 및 우점 정도가 변화할 것으로 예상된다(Allena et
al., 2016; Aruna et al., 2016; Ziska, 2016). 또한 국내에서 쌀값 하락과 고령화로 벼농사를 포기하고 있는 농가들이 증가하여 가구당 경지면적이 증가하기 때문에 벼 이앙시기가 상대적으로 늦을 가능성이 있으며, 또한 남부지역의 맥류 이모작 재배로 6월 중순 이후 온도가 높은 시기에 이앙하게 된다. 그리고 최근에는, 비록 선택성이 약하여 약해발생 가능성이 높지만, ALS (acetolactate synthase) 및 ACCase (acetyl-CoA carboxylase)저해제 저항성 잡초방제 효과적인 HPPD (4-hydroxy phenylpyruvate dioxygenase)저해 제초제가 광범위하게 사용되어 지고 있다. 이와 같이 기후변화 및 이앙시기 지연에 따른 온도상승은 제초제들에 의한 작물의 약해와 잡초들에 대한 약효에도 많은 영향을 미칠 것으로 예상된다.
대부분 제초제들은 온도가 상승할수록 제초제 흡수가 높아지고, 이행과 대사가 빨라진다(Kim et al., 1989; Park et al., 1991; Pyon et al., 1994). 또한 온도가 상승하면 잡초의 발아 및 생육이 빠르기 때문에 제초제 흡수량이 증가하여 약효도 조기에 나타나고, 대체적으로 약효도 증가한다(Kim et al., 2005). 그러나 제초제에 의한 잡초의 약효증가는 작물에 약해를 발생시킬 가능성이 매우 높다.
최근 제초제 저항성 잡초 증가로 국내 논에서 주로 사용되고 있는 benzobicyclon 등 HPPD 저해제들에 대한 약해 민원이 증가하고 있는데, 이는 온도가 상승함에 따라 약해가 더 심하게 나타나기 때문이다(Kwon et al., 2012; Yang et al., 2014). 따라서 본 연구는 기후변화 및 국내 농업환경 변화에 따라 지금보다 온도가 상승하는 조건에서 벼 이앙 및 제초제를 처리할 경우 국내 주요 벼 품종들에 대한 약해 및 주요 잡초들에 대한 약효 변화를 구명하고자 실시하였다.
재료 및 방법
온도조건에 따른 주요 벼 품종별 약해 변동 연구
서로 다른 온도조건에서 제초제들에 대한 국내 벼 주요 품종들의 약해 변동 연구는 경기도 수원에 위치한 국립식량과학원 내의 비닐하우스 및 인공기상실에서 각각 실시하였다. 논 포장 내에 설치한 비닐하우스(가로 3 m, 세로 20 m, 높이 2.5 m)는 비 가림 식으로 하였으며, 통풍을 최대한 고려하였다. 시험기간은 2014년 6월 1일부터 7월 12일까지 약 40일간 실시하였으며, 시험기간 중 비닐하우스 내의 평균온도는 매일 아침 10시에 측정한 온도로 하였다. 시험기간 중 하우스 내의 평균온도는 Fig. 1과 같이, 하우스 내의 평균온도는 대기온도 보다 약 3°C 높았던 것으로 나타났다. 인공기상실에서 국내 주요 벼 품종별 약해 실험은 경기도 수원 국립식량과학원에서 실시하였으며, 온도는 지하로부터 가열 및 냉각되는 통로를 통하여 이동된 공기로 조절되었다.
온도조건은 20°C (24/16-주/야), 22.5°C (26.6/18.5), 25°C (29/21) 그리고 27.5°C (31.5/23.5)로 낮과 밤의 시간을 각각 13시간 및 11시간으로 유지하였으며, 광조건은 자연광을 이용하였다. 야외 비닐하우스 시험에 사용된 국내 주요 벼 품종들인 황금누리, 신동진, 호품, 추청, 삼광, 일품, 오대, 조평, 운광 일반계 밥쌀용 9품종과 상주찰, 보석찰, 신선찰, 백설찰, 흑향 특수미 5품종, 통일계 품종인 남천 및 다산, 그리고 초다수성 품종인 드래찬과 보람찬 2품종을 각각 공시하였다. 인공기상실에서는 일반계 밥쌀용 추청, 황금누리, 호품, 삼광, 운광 일반계 밥쌀용 5품종, 상주찰, 백석찰, 신선찰, 보석찰, 동진찰 찰벼 4품종과 통일계인 남천을 대상으로 하였다. 시험에 사용된 pot는 45×35×25 cm (가로×세로×높이)를 사용하였으며, 세밀하게 마쇄되어진 식양토에 벼를 pot 당 각각 3주씩 이식하여 3반복으로 하였다. 시험에 사용된 제초제들은 최근 국내 논에서 제초제 저항성 잡초들이 확산되어 짐에 따라 저항성 물달개비 및 올챙이고랭이 등을 방제하기 위하여 국내 논에서 광범위하게 사용 중인 HPPD 저해제가 포함된 혼합제 benzobicyclon+mefenacet+phenoxsulam (3+18+0.5)% 액상수화제를 사용하였다. 파종 후 12일 육묘된 어린모 포기 당 3주씩 이앙한 포트에 제초제를 처리한 후 20일에 약해정도를 지상부인 줄기와 지하부인 뿌리의 생육 정도를 달관으로 조사하였다.
온도조건별 주요 논 잡초 초종들의 약효 변동 연구
본 실험은 경기도 수원에 위치한 작물과학원 인공기상실 내에서 실시하였다. 실험에 공시된 잡초 초종들은 논에서 문제 일년생 잡초들인 강피, 물달개비, 올챙이고랭이 3 초종의 종자 및 다년생 잡초인 올방개 괴경을 발아 시킨 후 pot (45×35×25 cm : 가로×세로×높이)에 각각 약 2 mm 정도 발아된 개체를 각각 30개씩 3반복으로 파종하였다. 파종 후 10일에 HPPD 저해 제초제 혼합제인 benzobicyclon+mefenacet+phenoxsulam (3+18+0.5)% 액상수화제를 처리하였다. 방제효과는 약제 처리 후 20일에 잡초 초종별 생체중으로 무처리구 대비 방제가를 계산하였다.
논에서 온도상승(이앙시기)에 따른 제초제의 약효 및 약해 변동
본 실험은 실질적으로 논에서 온도상승에 따른 잡초 약효 및 벼에 대한 약해 변동 정도를 보기 위하여 전북 익산에 위치한 국립식량과학원 연구 포장에서 실시하였다. 이앙 시기는 2015년 6월 5일, 6월 15일, 6월 30일, 7월 15일로 달리하여 신동진 벼를 이앙하였다. 시험기간 동안 평균온도, 최고온도, 최저온도는 Fig. 2와 같으며, 평균 및 최고온도는 이앙시기가 늦어질수록 높아졌다. Table 1에서 보는 바와 같이 제초제 처리 시기는 이앙 후 12일에 하였으며, 제초제 처리 일에 평균온도 및 최고온도는 제초제 처리시기가 늦어질수록 온도상승 폭은 높았다. 제초제 처리 후 10, 20, 30, 40일에 약해 조사를 달관으로 하였으며, 약효조사는 약제처리 후 15일과 25일에 m2당 초종별 무처리구 대비 생체중으로 계산하였다.
결과 및 고찰
온도조건별 주요 벼 품종들의 약해 변동 연구
대기온도 보다도 시험기간 중에서 평균온도가 약 3°C 높은 야외비닐하우스 조건에서 일반계, 특수미, 초다수성, 통일계 열아홉 벼 품종들에 대한 약해를 기준량 및 배량에 대하여 조사한 결과는 Table 2와 같다. 황금누리 등 일반계 9 품종들은 기준량에서 약제별 다소 차이가 있으나 약해가 2정도 발생하여 시간이 경과함에 회복할 정도였다. 그러나 배량에서 일반계 모든 품종들은 3-4 정도의 수량이 감소될 정도의 약해가 발생하였다. 그리고 특수벼인 찰벼 품종들은 기준량부터 약해가 3으로 나타났으며, 그 중에서도 백설찰은 다른 품종들 보다 약해 발생정도가 상대적으로 낮았다. 그리고 초다수성 및 통일계 품종들은 약해정도는 기준량에서도 수량이 10% 이상 감소될 것으로 추정되는 4 이상으로 다소 심하게 생육이 억제되었다. 따라서 기후변화로 인하여 온도가 3°C 높을 경우 현재 광범위하게 사용하고 있는 benzobicyclon 같은 HPPD 저해제 혼합제들은 시험에 사용된 국내 주요 벼 품종들에 대하여 약해가 발생하였다. 특히 찰벼, 초다수성과 통일계 품종들에 대하여서는 약해정도가 심하게 나타났다. 기후변화에 따른 온도상승뿐만 아니라 최근 벼농사 경영주의 고령화 및 쌀값하락에 따른 논 농업포기 농가가 증가되어 최근에 가구당 경지면적이 증가하고 있는 실정이다. 또한 최근에 벼농사는 이앙과 농약처리는 대부분 위탁하는 실정으로 물관리가 부실로 HPPD 저해제들에 대한 약해 민원이 증가하고 있다. 그리고 남부지역 맥류재배 후 벼 2모작 재배지는 이앙시기가 주로 6월 하순에 실시되어 지고 있어 고온기에 벼에 대한 약해발생이 우려된다.
온도조건을 달리하고 자연광을 이용한 인공기상실 조건에서 현재 국내 논에서 광범위하게 사용되어 지고 있는 제초제 benzobicyclon+mefenacet+phenoxsulam 액상수화제에 대한 벼 일반 밥쌀용 자포니카 품종 추청 등 5품종, 찰벼 품종들인 상주찰 등 6품종에 대한 지상부인 줄기와 지하부인 뿌리의 약해정도는 Table 3 및 4와 같다. Table 3에서와 같이 추청 등 밥쌀용 자포니카 품종들의 약해는 온도가 증가 할수록 증가하였으며, 지상부인 줄기보다 지하부 뿌리에서 약해가 심하게 나타났다. 현재 농가에서 주로 많이 이앙하는 시기인 5월 하순부터 6월 상순까지의 평균온도인 20-22.5°C까지는 지상부에서 약해가 2정도로 경미하였다. 그러나 25°C 이상 고온조건에서는 약해가 품종에 따라서 다소 차이가 있으나 뿌리에서 3 이상의 다소 심한 약해가 발생하였고, 지상부인 줄기는 2정도로 시간이 경과함에 따라 회복되었다. 그러나 고온인 27.5°C에서 뿌리의 약해는 거의 생육이 되지 않을 정도로 억제되었고, 지상부인 줄기에서도 4-5정도의 다소 심하게 생육억제 되었다. Benzobicyclon+mefenacet+phenoxsulam (3+18+0.5)% 액상수화제에 대한 상주찰 등 찰벼 및 통일계통 남천 대한 온도조건별 약해정도는 Table 4와 같다. 공시된 모든 품종은 온도조건에 관계없이 지상부 보다 지하부에서 상대적으로 약해정도가 심하게 나타났다. 품종별 약해정도를 보면 통일벼인 남천은 상대적으로 저온인 20°C에서 약해가 지상부 및 지하부에서 각각 3과 4를 보였고, 고온인 27.5°C에서는 줄기와 뿌리가 모두 고사하였다. 찰벼 품종들의 약해정도는 온도조건 및 품종 별 차이가 있었으며, 신선찰, 백설찰 및 동진찰 품종들은 22.5°C 이하 온도에서는 약해정도가 상대적으로 낮게 나타났다. 그러나 25°C 이상에서는 상주찰벼 및 보석찰벼 보다 오히러 높은 약해가 높았으며, 특히 뿌리의 약해정도가 7 이상으로 거의 생육이 억제되었다.
Table 3. The phytotoxicity degree of main general rice verity to benzobicyclon+ mefenacet+phenoxsulam SC under
different mean temperature.
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zPhytotoxicity degree: 0 no injury, 9 complete killed. |
논에서 온도상승(이앙시기)에 따른 제초제의 약효 및 약해 변동
이앙시기를 6월 5일, 6월 15일, 6월 30일 그리고 7월 15일로 하여 논 포장조건에서 온도상승에 따른 약해정도를 제초제 처리 후 경과일수별로 조사하였다. Table 5에서와 같이 벼에 대한 약해정도는 이앙시기가 늦어질수록, 즉 온도가 상승할수록 약해가 증가하였다. 6월 5일 및 6월 15일 이앙일의 약해정도는 처리 후 20일까지 2정도로 경미하게 발생하였으나 시간이 경과할수록 완전히 회복하였다. 그러나 6월 30일 이앙(평균온도 25.2°C)에서는 처리 후 20일에 약해가 3이상으로 다소 심하게 나타났고, 7월 15일 이앙 논에서는 벼의 억제현상이 처리 후 40일까지 생육억제가 뚜렷하게 지속되었다. 6월 30일 이후 이앙부터는 최고기온이 30°C 이상 높게 나타나는데, 실제적으로 논에 제초제를 처리 후 담수되어진 논의 수온은 대기온도 보다 훨씬 높게 나타남으로 약해 발생할 가능성이 높다.
온도조건별 주요 논 잡초 초종들의 약효변동 연구
Table 6은 온도가 서로 다르게 설정된 인공기상실 조건에서 일년생 잡초들인 강피, 물달개비, 올챙이고랭이와 다년생 잡초인 올방개에 대한 제초제 benzobicyclon+mefenacet+phenoxsulam (3+18+0.5)% 액상수화제에 대한 방제효과를 나타낸 것이다. 제초제 처리 후 25일에 일년생 잡초들의 방제효과는 평균온도가 20°C 및 22.5°C에서는 모두 95% 이상의 매우 높은 방제효과를 보였다. 특히 물달개비와 올챙이고랭이는 조사된 모든 온도에서 100%의 방제효과를 보였다. 그러나 강피는 평균온도 27.5°C에서 40%의 낮은 방제효과를 보였다. 이와 같이 고온인 27.5°C에서는 40%의 낮은 방제효과를 보인 것은 고온에서 제초제 흡수량은 높으나 강피 내에서 제초제 성분이 활성화되지 못하고 불활성화 되어 배출되었을 가능성이 높을 것으로 생각되나 추가 실험이 필요할 것으로 생각된다. 다년생 잡초 올방개는 처리 후 15일에는 조사된 모든 평균온도에서 방제효과가 40-80%를 보였으나 약제처리 후 25일에는 90% 이상의 방제효과를 보였다.
Table 6. The control of main paddy weeds to benzobicyclon+mefenacet+phenoxsulam SC under different
temperature.
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zDAT: days after treatment. |
이앙시기를 달리하여 온도상승에 따른 잡초 초종별 발생량은 Table 7에서와 같이 주로 물달개비, 강피, 올챙이고랭이가 90% 이상 우점하였다. 잡초발생량은 6월 30일 이앙 이후부터 급속하게 감소하기 시작하였는데, 이는 제초제 처리 후 약 10일 이상 동안 무처구에서도 조사를 위하여 논물을 담수하여 두기 때문에 수온이 40°C 이상 고온(조사한 일별 수중 온도 생략)으로 상승하여 대부분의 잡초들이 고온으로 유묘기에 고사하는 것을 관찰하였다. 따라서 기후변화로 인하여 온도 상승시 논 잡초 초종별 수온에서 생존 적응정도에 따라 잡초 초종별 우점도 등의 변화가 예상된다. 이앙시기별 benzobicyclon+mefenacet+phenoxsulam (3+18+0.5)% 액상수화제에 대한 잡초 초종별 방제효과는 Table 8과 같다. 잡초방제효과는 6월 30일 이앙까지는 다년생 잡초인 올방개를 제외한 모든 초종은 90% 이상의 방제효과를 보였다. 물달개비, 올챙이고랭이는 이앙시기 즉 온도조건에 관계없이 95% 이상의 매우 높은 방제효과를 보였다. 그러나 7월 15일 이앙한 다음 12일 후에 제초제 처리하였을 경우 강피의 방제효과가 73%로 다른 온도조건에 비해 상대적으로 낮은 방제효과를 보였다. 이는 인공기상실에서 실시한 온도조건별 강피 방제효과에서 평균온도가 27.5°C에서 방제효과가 60%로 상대적으로 낮게 나타난 것과 유사하여 이들 온도에서는 공시된 제초제가 강피에 흡수되어 활성화되지 못하고 불활성화되어 방제효과가 낮게 나타날 가능성이 있으나 추후 세밀한 검토가 요구 된다.
