소나무에서 나무주사를 통한 신규 합제 살충제의 소나무재선충병과 솔수염하늘소 방제

서 론

소나무재선충병(Pine wilt disease, PWD)은 소나무재선충(Pine wood nematode, PWN; Bursaphenchus xylophilus(Steiner & Bührer) Nickle)이 소나무류 수목 내로 침입한 후 증식하면서 빠르게 나무를 고사시키는 병이다(Kobayashi et al., 1984; Myers, 1988). 소나무재선충의 원산지로 알려져 있는 북미에서는 소나무재선충병이 문제시되지 않지만(Knowles et al., 1983; Dwinell LD, Nickle WR, 1989; Sutherland JR et al., 1991), 일본(Kobayashi et al., 1984), 중국(Cheng et al., 1983, Xu et al., 2023), 한국(Enda, 1989; Yi et al., 1989)을 비롯하여 포르투칼, 스페인 등의 유럽(Mota et al., 1999; Abelleira et al., 2011)으로 소나무재선충이 침입하면서 소나무재선충병은 세계적인 산림검역병이 되었다. 국내에서는 1988년 부산 금정산의 소나무(Pinus densiflora)와 해송(P. thunbergia) 고사목이 소나무재선충 감염에 의한 피해인 것으로 처음 확인되었다(Enda, 1989; Yi et al., 1989; Shin, 2008). 우리나라에서 소나무재선충병에 의한 피해 면적으로는 1988년 272 ha에서 2013년 11,550 ha로 증가하였다(KFS, 2022). 고사목 본수로 피해가 집계된 자료에 따르면, 2013년 2,183 천본, 2014년 1,736 천본, 2015년 1,373 천본이 고사한 것으로 조사되었고, 이후 지속적으로 감소하고는 있으나 2021년도에도 전국 모든 시도에서 378 천본의 고사목이 발생한 것으로 집계되었다(KFS, 2022).

소나무재선충은 전세계에서 총 28종의 소나무속(Pinus spp.) 수종이 기주로 보고된 것처럼 소나무속 수종에 가장 큰 피해를 주고 있다(Mamiya, 1983; EPPO, 2023). 국내에서는 소나무와 해송에서 처음 감염이 확인된 이후 2006년 경기도 광주, 2007년 강원도 춘천시와 원주시의 잣나무(P. koraiensis) 고사목에서도 소나무재선충 감염이 확인되어(Shin, 2007) 총 3종의 소나무속 수종이 소나무재선충병 피해를 받고 있다. 아직 국내에서 공식적으로 소나무재선충 감염에 의한 고사가 확인된 적은 없으나 잣나무 임지 인근의 일본잎갈나무(Larix kaempferi (Lamb.) Carrière) 고사목에서 소나무재선충을 매개할 수 있는 하늘소가 발견되었고(NIFOS, 2016), 해외에서는 잎갈나무속(Larix spp.)을 비롯하여 전나무속(Abies spp.), 가문비나무속(Picea spp.) 등의 수목도 소나무재선충병에 피해를 받는 것으로 알려져 있어(Mamiya, 1983; Kobayashi et al., 1984) 향후 국내에서도 소나무속이 아닌 다른 수종에서 피해가 발생할 가능성도 제기되고 있다.

소나무재선충은 감염목에서 비감염목으로 스스로 이동할 수 없고, 반드시 매개충을 통해 전염되는 것으로 알려져 있다(Linit, 1988; Myers, 1988; Dwinell and Nickle, 1989; Lee, 2006; NIFOS, 2009). 지금까지 전세계에서 소나무재선충을 옮기는 매개충으로는 13종의 Monochamus속 하늘소류가 보고되어 있으며(Linit, 1988; Kishi, 1995; Sousa et al., 2001; EPPO, 2023), 국내에서는 주로 솔수염하늘소(M. alternatus Hope)가 소나무와 해송에서(Enda, 1989; Yi et al., 1989; Kishi, 1995), 북방수염하늘소(M. saltuarius Gebler)가 잣나무에서 소나무재선충을 매개하는 것으로 밝혀졌다(Shin, 2007).

우리나라에서는 기주 식물인 소나무류와 병원체인 소나무재선충, 그리고 소나무재선충을 이동시키는 매개충인 하늘소류 사이의 소나무재선충병 전파와 감염의 순환고리를 끊기 위해 2005년 『소나무재선충병 방제특별법』을 제정하여 고사목에 대한 훈증, 소각, 파쇄, 감염우려목에 대한 소구역/소군락 모두베기 및 소나무류 이동제한, 매개충 방제를 위한 항공/지상 약제 살포, 소나무재선충 증식 억제 및 매개충 방제를 위한 나무주사 등의 방제 방법을 적용해 관리하고 있다(Lee, 2003; Lee 2006; Shin 2008). 이중 나무주사 방법은 항공방제에 비해 단시간에 넓은 면적을 방제하기는 어렵지만, 소나무재선충병 방제 효과가 높고 약제의 외부 환경으로의 유출 가능성이 낮아 최근 5년간 산림청의 소나무재선충병 방제 관련 전체 예산 중 매년 9.7~17.9% 예산이 예방나무주사 예산으로 사용되고 있다(KFS, 2023).

소나무재선충병 방제를 위한 나무주사 약제로는 에마멕틴벤조에이트와 아바멕틴 성분이 가장 효과적이며, 이들 약제의 수목내 잔류량이 방제효과와 밀접한 관련성이 있는 것으로 알려져 있다(Takai et al., 2000; James et al., 2006; Lee et al., 2009; Lee et al., 2021). 특히 Takai et al. (2004)는 소나무재선충의 증식을 95% 억제하는 에마멕틴벤조에이트의 잔류량(IC₉₅)을 0.031 μg/g이라 하였고, 약제를 1회 나무주사 후 수목내에 IC₉₅ 이상의 잔류량이 유지되는 경우 3년간 소나무재선충병을 방제할 수 있다고 하였다. 한편, 최근에는 나무주사를 통해 소나무재선충을 옮기는 매개충 방제에 관한 연구도 이루어지고 있는데, Lee et al. (2020)은 에마멕틴벤조에이트 또는 아바멕틴을 나무주사한 소나무 가지를 솔수염하늘소와 북방수염하늘소에 먹이로 주면서 사육한 시험에서 이들 두 성분이 하늘소의 수명을 단축시키는 효과가 있다고 하였으며, Kwon (2023)은 네오니코티노이드 계통의 살충제를 나무주사 한 가지에 솔수염하늘소를 접종하는 시험을 통해 성분에 따라 나무주사가 매개충 방제에도 효과적인 방법이 될 수 있다고 하였다. 이러한 연구들의 성과로 국내에는 에마멕틴벤조에이트와 아바멕틴 단제가 소나무재선충병 방제용 나무주사 약제로, 티아메톡삼 단제가 매개충 방제용 나무주사 약제로, 에마멕틴벤조에이트 또는 아바멕틴에 설폭사플로르 또는 아세타미프리드를 조합한 합제가 소나무재선충병 및 매개충 방제가 동시에 가능한 나무주사 약제로 등록이 되었다(RDA, 2023).

이에 본 연구에서는 에마멕틴벤조에이트에 디노테퓨란을 조합한 새로운 합제를 소나무에 나무주사하여 솔수염하늘소에 대한 방제효과와 소나무재선충병에 대한 예방효과를 2년간 조사하였다. 또한 새로운 합제를 나무주사한 소나무에서 Takai et al. (2004)이 제시한 소나무재선충 95% 증식억제 농도가 지속되는지 확인하고자 시기별 약제 잔류량 조사를 수행하였다.

재료 및 방법

소나무재선충병 및 솔수염하늘소 방제효과를 확인하기 위한 신규 합제로는 ㈜그린시티에서 제조한 디노테퓨란·에마멕틴벤조에이트 19.5 (15+4.5)% 분산성액제를 흉고직경 cm 당 0.5 ml 기준으로 나무주사하였다. 신규 합제와의 비교를 위해 소나무재선충병 방제 시험에는 아바멕틴 1.8% 유제를 시중 농약판매상에서 구매하여 사용하였고, 솔수염하늘소방제 시험에는 티아메톡삼 15% 분산성액제를 제조사에서 제공받아 등록기준에 따라 나무주사하였다. 시험에 사용한 수목은 경남 진주시 정촌면 관봉리에서 조경용으로 관리중인 소나무 중 수고 5~7 m, 흉고직경 15 cm 전후의 건전목을 이용하였고, 본 시험 이전 및 시험 기간 중 시험 처리구에 다른 약제의 처리는 없었다.

결과 및 고찰

소나무재선충병 방제효과

디노테퓨란·에마멕틴벤조에이트 합제와 아바멕틴 단제 나무주사는 무처리구에 비해 통계적으로 유의하게 낮은 고사율을 보여 나무주사 후 2년차까지 각각 90.9% 및 81.8%의 방제가를 보였다(2021; df=2,6, F=56.92, P=0.0001, 2022; df=2,6, F=36.93, P=0.0004)(Table 1). 목편시료 g당 평균 소나무재선충 생충수는 디노테퓨란·에마멕틴벤조에이트 합제 처리구에서 0.3 마리, 아바멕틴 단제 처리구에서 0.6 마리가 분리되었으나 무처리는 73.9 마리가 검출되어 통계적 차이를 보였다(df=2,6, F=114.49, P<0.001)(Table 2). Takai et al. (2000)은 소나무재선충병 방제 약제 선발을 위한 일련의 시험을 통해 에마멕틴벤조에이트가 가장 강력한 후보 약제라 보고하였고, 후속 연구에서 수목의 수고와 흉고직경을 통해 추정한 입목재적(volume, m³)당 에마멕틴벤조에이트 10 g을 나무주사하고 소나무재선충을 매년 반복해서 접종한 경우 3년간 90% 이상의 수목이 생존하였다고 보고하였다(Takai et al., 2003). 국내의 연구에서도 곰솔(Lee et al., 2009)과 소나무(NIFOS, 2020)에 에마멕틴벤조에이트 2.15% 유제를 나무주사 하여 2년간 소나무재선충병 예방이 가능함을 보여주었고, 에마멕틴벤조에이트의 함량이 6%인 단제와 합제를 이용한 경우 소나무에서 4년간 방제효과가 지속된다고 보고하였는데(NIFOS, 2021), 이러한 방제효과의 지속기간은 유효성분의 함량과 사용량에 따라 좌우될 것으로 사료된다. Takai et al. (2003)의 연구에서 사용한 에마멕틴벤조에이트 약제(40 g/L)와 시험수목의 정확한 정보는 알 수 없으나 대략 4%의 액상 제형을 흉고직경 cm당 1.1~3.5 ml 나무주사한 것으로 추정된다. 이는 에마멕틴벤조에이트 2.15% 유제의 국내 사용기준에 비해 2~6.5배 많은 양을 주입한 것으로, 연구에서는 3년차까지 조사만 이루어졌으나 4년 이상의 방제가 가능할 것으로 예상된다(Table 3). 또한 Kwon et al. (2021)은 2.15%와 9.7% 함량의 에마멕틴벤조에이트 약제를 흉고직경 cm당 각각 1.0 ml, 0.3 ml씩 나무주사하고 29개월 후에 소나무 내에서 증식하는 소나무재선충의 밀도를 조사하였을 때 무처리구 대비 유의하게 낮았다고 보고하였다. 이에 따라 에마멕틴벤조에이트 9.7% 약제의 흉고직경 당 사용량을 1.0 ml로 증가시키더라도 약해가 발생하지 않는다면 29개월 이상의 방제 효과를 기대할 수 있을 것으로 사료된다. 동일하게, 본 연구에 사용한 신규 합제는 소나무재선충병 방제에 가장 대표적으로 사용하고 있는 에마멕틴벤조에이트 2.15% 유제에 비해 성분의 함량은 약 2배이지만 사용량은 절반이므로(Table 3) 사용량을 두 배로 늘리면 4년간 방제가 지속될 수 있는 가능성이 있다. 이처럼 방제지속기간을 늘려 처리 횟수를 줄일 수 있다면, Kuroda and Kenmochi (2016)가 주장한 나무주사 자체에 의한 건전 소나무의 고사 가능성을 경감시킬 수 있을 것이다.

Table 1.

Percentage of tree death (mean ± SD) by pine wilt disease after inoculation of PWN in June 2021 and 2022

Table 2.

Number of PWN (mean ± SD) isolated from test trees

Table 3.

Relative dose of abamectin or emamectin benzoate among insecticides for controlling PWD

본 연구에서 아바멕틴은 나무주사 약 2년 후에 81.8%의 방제가를 보였는데(Table 1), 본 시험과 수종은 다르나 2년차 방제가가 95.7%였던 Lee et al. (2009)의 결과에 비하면 크게 저조하지만, 같은 소나무에서 85.7%의 2년차 방제가(NIFOS, 2020)를 보였던 연구 결과와는 유사하였다. 에마멕틴벤조에이트의 처리량에 따라 소나무와 곰솔 수종간 생존률의 차이가 없음은 보고되었으나(Takai et al., 2003) 아바멕틴의 두 수종간 효과 차이에 대한 기존 연구 결과는 없어 아바멕틴의 소나무재선충병 예방효과 차이가 시험 수종의 차이에 기인한 것인지는 명확하지 않다. 또한, 각 연구에서 사용한 농약 제품의 차이가 방제효과의 차이에 영향을 미칠 수 있다. Lee et al. (2023)는 시중에서 판매중인 16종의 아바멕틴 1.8% 유제 제품에 따라 소나무재선충에 대한 LC₉₅에 명확한 차이가 있음을 구명하였으며, 이러한 차이가 각 제품마다 사용된 부형제의 차이에서 기인할 수 있다고 하였다. Lee et al. (2023)의 연구에서 실제 함량이 낮게 분석된 한 제품을 제외하면, 크게 LC₉₅가 0.05 mg/ml 내외의 6개 제품과 0.35 mg/ml 내외의 9개 제품으로 구분되었다.

솔수염하늘소 방제효과

솔수염하늘소 방제효과는 티아메톡삼 처리구에서 가장 효과가 빨랐으며(2021; df=2,6, F=27.08, p<0.001, 2022; df=2,6, F=94.74, p<0.0001), 디노테퓨란·에마멕틴벤조에이트 합제도 7일차에는 생충률이 10% 미만으로 티아메톡삼과 함께 무처리구에 비해 유의하게 낮은 생충률을 보여 나무주사 당해 년도에 소나무재선충 및 솔수염하늘소 방제가 동시에 가능할 것으로 사료된다(2021; df=2,6, F=457.85, p<0.0001, 2022; df=2,6, F=113.19, p<0.0001)(Table 4). Kwon (2022)은 네오니코티노이드 계통의 살충제를 나무주사한 소나무 가지에 망사를 씌우고 솔수염하늘소를 접종한 후 100% 치사할 때 까지의 소요기간이 티아메톡삼은 평균 4.2일, 디노테퓨란은 5.5일이라 하였는데 본 연구에서도 유사한 결과를 보였다. 약제 성분에 따라 솔수염하늘소에 대한 치사 소요기간이 긴 것은 후식 가능 시간 및 후식하는 소나무 수가 많아질 수 있는 우려가 있으나 솔수염하늘소 우화 후 2~3주차에 가장 많은 소나무재선충이 이탈하고(Kim et al., 2009), 1주차에 이탈한 소나무재선충도 에마멕틴벤조에이트 성분에 의해 증식이 억제되므로 문제가 되지 않을 것으로 사료된다.

Table 4.

Survival rate (mean ± SD) of M. alternatus

한편 Shin (2007)은 소나무재선충병 방제전략에 있어 병원체인 소나무재선충 방제보다는 매개충인 하늘소 방제가 더 중요하다고 하였는데 현재 매개충 방제가 가능한 약제 중 1회 나무주사를 통해 2년간 방제효과가 지속되는 약제는 없는 것으로 판단된다(NIFOS, 2020). 솔수염하늘소 암컷한 마리는 실험실내 20~30^oC 온도 조건하에서 평균 72.7~208.6개, 최대 370개 알을 산란할 수 있는데(Kwon, 2017) 이는 연속적인 매개충 방제가 이루어지지 않을 경우 적절한 밀도 이하로의 관리가 어려울 수 있음을 시사한다. 따라서 소나무재선충병 방제용 단제, 매개충 방제용 단제, 소나무재선충병 및 매개충을 동시에 방제할 수 있는 합제를 사용한 임지내에서의 소나무재선충병 발생 및 매개충 밀도 등의 조사를 통해 이들 약제의 효율적인 활용 방안과 매개충을 장기간 방제할 수 있는 새로운 약제 개발 등의 연구가 필요하다.

소나무 가지내 약제 잔류량 조사

디노테퓨란·에마멕틴벤조에이트 합제의 나무주사 90일 후 디노테퓨란 성분은 1.08~2.321 μg/g 잔류량을 보였으나 약 2년 후에는 3개의 시료 중 2개의 시료에서 잔류량은 검출한계 미만이었고, 나무주사 90일 후 에마멕틴벤조에이트 성분은 평균 0.697 μg/g에서 650일 후에는 0.068 μg/g으로 잔류량이 감소하였다(Table 5).

Table 5.

Residue level (μg/g) of dinotefuran and emamectin benzoate in 2~3 years age twigs of P. densiflora

본 연구에서 매개충에 대한 2년차 살충효과를 시험하지는 않았으나 나무주사 2년 후 아세타미프리드의 잔류량이 0.2 μg/g, 티아메톡삼의 잔류량이 0.04 μg/g로 감소하였고 매개충 방제효과가 없었다는 연구결과에 비춰볼 때(NIFOS, 2020) 본 연구에 사용한 디노테퓨란·에마멕틴벤조에이트 합제도 2년차 매개충 방제효과는 없을 것으로 예상된다. 본 연구에 사용한 시험약제를 포함하여 현재 등록되어 있는 매개충 방제용 약제들은 나무주사 당해년도에 한해 방제효과가 있는데, 앞서 솔수염하늘소 연구 결과에서 고찰한 바와 같이 아바멕틴이나 에마멕틴벤조에이트 성분에 의한 소나무재선충 방제지속기간과 동조를 이룰 수 있는 신규 약제의 탐색이나 기존 약제의 약량 결정에 관한 연구가 이어져야 할 것이다.

Takai et al.(2004)는 에마멕틴벤조에이트의 IC₉₅이 0.031 μg/g이라하였고, 자연 임목 상태의 소나무와 곰솔에 나무주사 후 27개월 뒤에도 90% 이상의 생존률을 보인 수목에서 0.031 μg/g 이상이 잔류하고 있음을 보고하였다. 국내에서도 Lee et al. (2021)은 에마멕틴벤조에이트의 나무주사 시기와 천공수에 따른 약효와 잔류량을 조사하였으나 나무주사 4개월 후 절단한 가지에 접종한 소나무재선충의 증식 억제효과와 잔류량만을 조사하였고, Kwon et al. (2021)은 소나무에서 고함량의 에마멕틴벤조에이트 약제를 사용하여 천공직경을 줄이기 위한 연구에서 수관 상단의 신초(0.027 μg/g)를 제외하고 나무주사 후 3년차까지 0.031 μg/g 이상이 잔류함을 확인하였으나 소나무재선충병 예방효과를 소나무의 고사 유무가 아닌 가지에서 분리한 선충수로만 조사하여 나무주사에 대한 효과 평가가 한정적이다. 본 연구에서 1회 나무주사 후 에마멕틴벤조에이트 성분의 약 2년간 잔류량 변화와 함께 2회에 걸친 소나무재선충 인공접종에 따른 소나무의 고사율을 함께 조사한 결과는 Takai et al. (2004)의 연구 결과를 뒷받침하고 있으나, 시험대상 수목의 선정에 있어 현실적인 제약으로 인하여 잔류분석시 각 시험대상 수목당이 아닌 5그루의 수목에서 채취한 가지를 합쳐 분석한 한계가 있다.

Acknowledgments

본 연구는 2021년 유원에코사이언스㈜의 연구비 지원을 받아 수행되었습니다. 야외 조사에 도움을 준 손정환에 감사를 표합니다.

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