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쌀은 전통적인 우리의 주식으로 현재 우리나라에서는 75만 ha 정도 재배되고 있다(Statistics Korea, 2017). 충청북도는 벼 재배면적이 35,069 ha (Statistics Korea, 2017)로 전국에서 7번째이며, 청주에서 가장 많이 재배되고 있다.
제초제 저항성 잡초는 전세계적으로 255종(쌍자엽 148종, 단자엽 107종)이 발생되었고(Heap, 2018), 1960년대 후반부터 본격적으로 발생이 시작되어 현재까지 지속적으로 발생되고 있다(Heap, 2014). 재배 작목별 제초제 저항성 잡초 발생 초종은 밀 75종, 옥수수 61종, 벼 51종, 콩 48종, 과수원 27종의 순이었으며, 국가별로는 미국에서 161종, 호주에서 90종, 캐나다에서 68종 순으로 많이 발생되었고, 아시아권 국가에서는 중국이 44종, 일본이 36종, 말레이시아에서 22종이 발생되었다(Heap, 2018). 일본에서는 1950년부터 제초제를 이용하여 잡초방제를 실시하였는데, 1993년에 sulfonylurea (SU)계 제초제 저항성 잡초 물옥잠이 처음 보고되었고, 이후 물달개비, 올챙이고랭이, 외풀류 등이 발생되었다(Miyahara et al., 1998). 중국은 세계 최대 제초제 판매시장으로 부각되어 등록 제초제 중 논 제초제가 40%를 점유하고 있어 2002년부터 물옥잠과 벗풀에서 SU계 제초제 저항성이 보고되기 시작하였다(Wu et al., 2012).
SU계 제초제는 우리나라에서 bensulfuron-methyl이 1988년도에 처음 사용되기 시작하였고, 2007년도 이후에는 사용량이 감소되었다가 2011년에 metazosulfuron이 판매되기 시작하면서부터 다시 급격하게 증가되었다(Ha et al., 2016b).
우리나라에서도 제초제 저항성 잡초에 대해서 인식을 한 이후(Kim et al., 1984), 1999년 서산 간척지에서 물옥잠이 최초로 SU계 제초제에 저항성이 보고되었다(Park et al., 1999). 현재까지 국내에서 보고된 제초제 저항성 잡초는 14종으로, 논에서 발생하는 물달개비, 알방동사니, 올챙이고랭이, 물피, 강피 등이 보고되었다(Im et al., 2003; Kwon et al., 2002; Kwon et al., 2009; Park and Park, 2002; Park et al., 2001, 2009). acetyl-coenzyme A carboxylase (ACCase) 저해제와 acetolactate synthase (ALS) 저해제 제초제에도 물달개비, 강피, 물피 등에 저항성이 확인되어(Park et al., 2007; Im, 2009; Im et al., 2009; Iwakami et al., 2015), 앞으로도 지속적으로 발생되고, 발생양상이 다양해질 것으로 예측된다.
제초제 저항성 논잡초 발생 추정 면적 변화 추이는 2003년 47,170 ha, 2008년 106,951 ha (Park et al., 2010), 2012년 176,870 ha (전체 면적의 22%)로 급격하게 증가되었다(Lee et al., 2013). 충북지역에서는 지난 2011년과 2012년에 제초제 저항성 논잡초 실태를 조사하여, 13,167 ha (충북도내 논면적의 27%)에서 발생되었을 것으로 예측하였다.
농경지 내에 잡초가 발생하면 작물과의 경합으로 쌀수량을 잡초 발생 밀도에 따라 최대 40-53%까지 감소시키는데(Moon et al., 2011; Song et al., 2006; Won et al., 2010), 특히 제초제 저항성 피가 발생하면 평균 이익 감소는 연간 ha 당 US$100에 이를 것으로 예측하였으며, 순이익은 작기마다 17% 감소시킬 것으로 예상하였다(Beltran et al., 2012).
국내에서도 제초제 저항성이 보고된 이래 초종과 발생 면적이 증가되고 있고, SU계 제초제 외에 밭에서 주로 사용하는 glufosinate, glyphosate 등과 같은 제초제에서도 저항성 잡초가 발견되고 있으므로(Green, 2007; Heap and Duke, 2018), 향후 제초제 저항성 잡초에 대한 연구가 필요한 실정이다. 앞으로도 제초제의 사용이 지속되는 한 저항성 잡초의 발생도 증가될 것으로 예상되기 때문에, 제초제 저항성의 변화 추이를 살펴보기 위하여 5년 전과 동일한 방법으로, 충북 도내 11개 시·군에서 제초제 저항성 잡초 현황을 조사하여 효과적인 방제 방법을 제시하고자 본 연구를 수행하였다.
재료 및 방법
충북 지역 제초제 저항성 잡초의 분포를 조사하기 위해 도내 11개 시·군의 주요 벼 재배지를 고려하여 2017년 통계청에서 조사한 충북지역 논 재배면적(Statistics Korea, 2017)에 비례하여 각 지역별 비율로 나누어 조사지점 수를 정하였다(Table 1). 증평군을 제외한 모든 지역에서 3개 읍·면 이상을 포함하여 각 지역별 대규모 벼 재배지역 289지점에서 2017년 2월 하순부터 4월 초순까지 토양을 채취하였다(Fig. 1). 각 지점 당 3개 이상의 포장에서 필지별 W자 형태로 0-20 cm 깊이의 토양 3-5 kg을 채취하여 지점 단위로 고르게 혼합하였다. 채취한 토양은 양건시킨 후 잘게 부수어 시험하기 전까지 상온상태로 보관하였다.
토양검정법
각 지점의 저항성 잡초 발생 여부를 판단하기 위해 토양 시료채취 (Lee et al., 2012)의 방법을 사용하였다. 2017년 5월 1일에 196 cm2 사각포트(12×18×10 cm)에 토양을 채우고 물을 부어 손으로 섞어주었다. 토양의 담수심은 2 cm 내외로 유지하였다. 피 2엽기를 기준으로 하여 imazosulfuron (1.5%)+pryminobac-methyl (0.6%) 합제를 표준처리량인 75+30 g a.i. ha-1로 담수 표면에 살포하였다. 약제 처리 전에 발생초종을 동정하였고, 처리 후 30일에 생존한 잡초의 종류와 개체수를 조사하였으며, 모든 처리는 3반복으로 하였다. 저항성 판정기준으로 제초제를 처리한 시험구에서 국내에서 제초제 저항성으로 보고된 14종(Lim et al., 2010; Park et al., 2014)이 한 개체 이상 생존했으면 저항성 잡초 발생 지점으로 처리하였으며, 하나도 생존하지 않은 지점은 감수성 지점으로 처리하였다.
제초제 저항성 잡초 발생 면적 예측
제초제 저항성 잡초발생 면적은 다음과 같은 방식으로 예측하였다. 먼저 각 시·군의 논면적은 2017년 농업면적통계(Statistics Korea, 2017)의 자료를 사용하였다. 시·군의 저항성 잡초 발생률과 저항성 잡초 발생 면적, 그리고 충북의 저항성 잡초 발생면적과 저항성 잡초 발생률은 다음과 같이 계산 혹은 추정하였다.
결과 및 고찰
토양검정법으로 채집한 토양은 담수상태로 잡초를 발생시켰고, 충북 지역에서 많이 발생한 잡초 초종을 살펴보면 중부 내륙 평야지인 청주시는 물달개비, 충주시, 진천군과 음성군은 강피, 괴산군은 강피와 물달개비, 북부 중산간지인 제천시와 단양군은 물달개비, 남부 중간지인 보은군은 강피, 옥천군과 영동군은 물달개비의 발생이 많았다(Fig. 2). 지난 2013년 Braun-Blanquet (1964)의 방법으로 달관조사 한 충북 지역의 논잡초 분포조사에서 우점초종은 청주시, 충주시, 보은군, 옥천군, 영동군과 진천군은 물달개비, 제천시와 단양군은 물피와 강피, 음성군, 괴산군과 증평군은 올챙이고랭이로 중요도가 가장 높다고 하였다(Kim et al., 2014). 주로 발생하는 초종은 물달개비, 올챙이고랭이, 강피와 물피로 토양검정법으로 수행한 본 시험과 비슷한 결과였다. 이는 상기 주요 발생 초종은 제초제 연용에 따른 저항성이 발생할 수 있을 것으로 판단되었고, 충북지역에서 제초제를 사용한 농가들은 1-2회 정도 사용하지만 이앙 후 10일 이내 사용 비율이 73%에 달하기 때문에 이앙 후 별도의 잡초 방제에 소홀하므로 지속적으로 발생된 것으로 추측되었다(Kim et al., 2014).
Fig. 2. Distribution of dominant weed by soil sampling in Chungcheongbuk-Do. CEJ, Cheongju; CUJ, Chungju; JEC, Jecheon; BE, Boeun; OC, Okcheon; YD, Yeongdong; JIC, Jincheon; GS, Goesan; ES, Eumseong; DY, Danyang; JP, Jeungpyeong. MONVP, Monochoria vaginalis; ECHOR, Echinochloa oryzicola; LINDD, Lindernia dubia; SCIJU, Schoenoplectiella juncoides.
충북도내 11개 시·군의 ALS 저해제 제초제 저항성 발생 비율은 옥천군 93.75%, 보은군 89.66%, 충주시 88.37%, 진천군과 괴산군 85.71%, 영동군이 84.62%의 순이었다. 청주시, 음성군, 증평군과 제천시도 60-80%의 범위로 높은 수준이었고, 단양군은 25%로 낮았다(Fig. 3). 이를 바탕으로 한 제초제 저항성 발생 면적은 청주시 6,957 ha, 충주시 4,277 ha, 진천군 3,536 ha, 보은군 3,282 ha, 음성군 3,129 ha의 순으로 예측되었고, 각 지역을 합산한 충북도내 제초제 저항성 면적은 28,272 ha로 추정되었다(Table 2). 지난 2011년과 2012년에 같은 방법으로 수행한 제초제 저항성 논잡초의 발생 비율 및 면적은 충북도내 26.8%인 13,167 ha에서 발생하여 5년 사이에 3배 정도 증가된 것을 알 수 있었다(Kim et al., 2013). 2011년과 2012년 평균 제초제 저항성 논잡초 발생 비율은 전남에서 44.3%로 가장 높았고, 충남, 충북 순으로 높았는데 전국 평균은 22.1%로 본 시험에서 급격하게 증가된 것을 알 수 있었다(Lee et al., 2013). 지난 2012년에 사용된 제초제는 pyrazosulfuron-ethyl (0.07%)+pryminobac-methyl (0.1%)로 본 시험에 적용한 제초제와 차이가 있으나 과거보다 강피와 물피 등의 제초제 저항성 잡초의 종류가 증가하였으며, 물달개비, 피, 미국외풀은 제초제 저항성율이 증가하였고, ha 당 제초제 사용량은 2015년에 1.27 kg으로 2011년의 0.87 kg보다 46%가 증가하였으며(Ha et al., 2016a), 사용량이 줄어들던 SU계 제초제 사용이 2011년부터 증가하였기 때문에 급격하게 높아진 것으로 생각된다(Ha et al., 2016b). 아울러 ALS 저해제는 제초제 저항성 잡초의 ALS 유전자에서 염기치환에 의한 아미노산 변화가 보고되므로(Park et al., 2003; Park et al., 2007) 변이에 의한 저항성 잡초 또한 증가할 것으로 사료된다.
충북 지역에서는 기존에 보고된 14종의 제초제 저항성 잡초 중 8종이 발생하였다. 발생 초종의 제초제 저항성 비율은 물달개비가 단양을 제외한 지역별 37.9-69.2%로 저항성이 가장 높은 초종이었다. 지역별로 강피는 25.0-62.9%의 범위로 그 뒤를 이었으며, 올챙이고랭이 12.5-42.9%, 미국외풀 12.5-27.6%, 물피 3.5-20.0%의 순으로 조사되었다. 알방동사니는 옥천과 영동에서 각각12.5%와 15.4%로 다소 높았으나, 다른 지역에서는 2-4%로 제초제 저항성이 낮은 수준이었다. 새섬매자기와 올챙이자리는 거의 발생되지 않았으며, 쇠털골, 벗풀, 마디꽃, 여뀌바늘, 물옥잠, 올미는 충북지역에서 발생하지 않았다. 2011년과 2012년에도 물달개비의 제초제 저항성 비율이 가장 높았으나 그 당시 각각 36%와 30%로 현재와 비교하여 많이 증가되었다. 올챙이고랭이는 과거에 평균 31% 정도로 저항성 비율이 현재와 비슷하였으며, 물피도 평균 11.3%로 비슷한 수준이었다. 강피는 과거 조사되지 않아 비교가 어려웠다(Kim et al., 2013). 우리나라는 SU계 제초제와 molinate가 혼합된 ‘일발처리제’가 선호되어, 종자 생산량이 상대적으로 월등한 물달개비가 우점한다는 연구결과와 같은 경향이었다(Park et al., 2011).
충북도내 초종별 ALS 저해제 제초제 저항성의 발생 면적이 가장 높은 초종은 물달개비로 17,646 ha가 발생되었다(Table 4). 다음으로 강피 15,617 ha, 올챙이고랭이 10,377 ha, 미국외풀 6,417 ha, 물피 3,020 ha의 순으로 발생되었다. 2012년에 조사한 충북 도내 제초제 저항성 잡초 발생면적은 올챙이고랭이 4,392 ha, 물달개비가 4,173 ha, 피(강피, 물피 포함) 1,833 ha, 미국외풀 1,217 ha로 과거 5년 전보다 2-5배 증가되었다(Kim et al., 2013). 물달개비, 올챙이고랭이, 알방동사니 등은 benzobicyclone, carfentrazone, pyrazolate 등의 약제로 방제가 가능하다고 하였는데(Park et al., 2011), 제초제를 사용하는 농가들은 써래질 시 60%, 이앙 후 10일 내 28% 정도로 초기에 집중되어 있고(Kim et al., 2012), sulfonylurea 계 제초제 사용이 증가하는 추세이기 때문에 제초제 저항성 잡초 발생 면적이 증가된 것으로 판단되었다(Ha et al., 2016b).
지난 2012년과 비교하여 충북 도내 제초제 저항성이 발생된 올챙이고랭이는 다른 초종에 비해 증가율이 적었는데, 이는 적용 제초제의 지속적인 사용과 올챙이고랭이와 올방개와 같은 초종 제거에 효과적인 왕우렁이의 사용 등으로 판단되었고(Kwon et al., 2010), 미국외풀의 저항성 발생은 5.2배 증가되었는데, 향후 적용 제초제 등의 연구가 필요할 것으로 판단되었다.
충북지역에서 물달개비와 강피는 ALS 저해제 제초제 저항성이 40% 이상으로 높게 나타나기 때문에 모든 지역에서 집중적인 관리가 요구되며, 올챙이고랭이, 미국외풀과 물피도 관리의 대상으로 효과적인 방제를 위한 체계를 구축할 필요가 있다. 지역별로 제초제 저항성이 나타나지 않은 시·군도 향후 발생할 가능성이 있기 때문에 예의주시할 필요가 있다.
제초제 저항성 잡초는 꽃가루 또는 종자형태로 확산될 것이며(Jhala and Knezevic, 2017), 제초제 저항성 잡초의 출현이 앞으로도 지속될 것으로 예상된다. 따라서, 농가들의 제초제 선택과 사용시기 등을 종합적으로 연구해야 하고, 농업관련 기관에서는 농가들의 제초제 선택 시 해마다 적용 제초제를 달리하여 저항성을 줄일 수 있도록 지도해야할 것으로 생각된다.
