아바멕틴과 에마멕틴벤조에이트 수간주입 시기에 따른 잔류량과 소나무재선충(Bursaphelenchus xylophilus)에 대한 예방 효과

시험장소 및 시험약제

소나무재선충병 예방 나무주사 처리 시기별에 따른 예방 효과와 잔류량 조사를 위한 나무주사 처리 시험장소는 경남 진주의 산림바이오소재연구소의 월아시험림(N 35°12′54″, E 128°10′15.8″)에서 2017년과 2018년에 수행하였다. 나무주사 약제는 아바멕틴 1.8%유제와 에마맥틴벤조에이트 2.15% 유제를 시중에서 구입하여 사용하였다.

나무주사 처리시기 및 방법

나무주사는 동절기(12월에서 2월)를 기준으로 가을과 봄철 처리 효과를 비교하기 위하여 월별로 구분하여 처리하였다. 동절기와 봄철 처리 효과 비교를 위한 나무주사는 2017년 2월 23일과 3월 24일, 4월 20일, 5월 17일 처리하였고, 가을철과 동절기 처리 효과 비교는 2017년 10월 29일과 11월 29일, 12월 29일 및 2018년 1월 29일 처리하였다.

월동기 전인 10월과 봄철인 5월에는 가압식과 중력식 수간 주입에 따른 소나무재선충에 대한 증식억제 효과와 약제 잔류량을 비교하였다.

나무주사는 선정 한 시험장소 내에서 소나무를 대상으로 각 개체목별로 흉고직경을 측정한 뒤 휴대용 전동드릴을 이용하여 지면에서 50 cm 이내의 주간에 직경 10 mm 드릴로 천공하였다. 중력식은 8~10 cm 깊이로 천공한 뒤 피펫으로 약제를 주입하여 수행하였고, 가압식은 직경 6.5 mm 드릴로 6~7 cm 깊이로 천공한 뒤 가압식 주입병을 꽂아 사용하였는데(Fig. 1A) 가압식 주입병은 압력에 의해 주입병 내 약액이 한 시간 이내에 수체로 주입되었다. 천공은 나무의 중심부를 비켜 15^o 각도로 하였으며 두 약제 모두 흉고직경 1 cm 당 1mL 약량으로 주입하였다. 시험대상목의 평균 흉고직경은 7.9 ± 0.8 cm였다. 중력식은 10주를 한 반복으로 3반복 처리하였으며 가압식은 5주를 한 반복으로 완전임의배치 3반복 처리하였다.

약효 조사

잔류 분석용 시료 채취

나무주사 처리 시기별 잔류량 분석을 위하여 소나무재선충 예방 효과 실내 검정에 사용한 가지를 이용하였는데 앞에서 기술한 바와 같이 소나무 수간을 상부와 중부, 하부로 구분하여 방향에 관계없이 무작위로 가지를 절단하였다. 절단한 가지에서 2-3년생 가지를 채취하고, 솔잎을 제거한 뒤 지퍼팩에 담아 아이스박스에 넣어 실험실로 운반하였다. 한 주의 가지를 한 반복으로 5반복 수행하였다.

잔류 분석

검량선 작성은 아바멕틴 B1 표준품(B1a 95.6% + B1b 4.4%, Dr. Ehrenstorfer)과 에마멕틴벤조에이트 표준품(96.8%, Dr. Ehrenstorfer) 각각을 acetonitrile에 용해하여 1,000mg/L의 stock solution을 만들었다. 이 stock solution을 acetonitrile로 희석하여 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 2.5 mg/L의 working standard solution을 만든 다음, 아래의 시료 분석과정을 거친 무처리(시험농약 잔류가 없는 시료) 용액 1 mL를 분취하여 질소 농축한 후 각각의 working standard solution 1 mL에 용해하여 matrix-matched 표준용액을 조제하였다. 그 후, 아바멕틴 표준용액 5 μL, 에마멕틴벤조에이트 표준용액 1 μL를 각각 LC-MS/MS(Agilent 6460 Triple Quad LC-MS/MS, Agilent, Santa Clara, USA)에 주입하여 나타난 chromatogram상의 peak 면적을 기준으로 검량선을 작성하였다.

시료분석은 균질화한 소나무 검체 5.0 g을 정확히 칭량하여 50 mL Falcon tube에 넣고, 3차 증류수 10 mL를 첨가하여 1시간동안 습윤화 하였다. 이후, acetonitrile 10 mL를 추가하여 400 rpm, 5분간 진탕 추출하고, QuEChERS extraction kit (EN15562_4.0 g Magnesium sulfate, 1.0 g Sodium chloride, 1.0 g Sodium citrate tribasic dehydrate, 0.5 g Sodium citrate dibasic sesquihydrate)에 첨가한 후 다시 1분간 강하게 진탕하였다. 이를 원심분리기를 이용하여 3,000 rpm에서 10분간 원심분리하고 상등액을 0.2 μm syringe filter로 여과하여 아바멕틴은 5 μL, 에마멕틴벤조에이트는 1 μL를 LCMS/MS에 주입하여 나타난 chromatogram상의 peak 면적의 합을 측정하고, 검량선에 의해 함유 농도를 산출하였다.

회수율 실험

각각의 무처리 시료에 아바멕틴은 50 ppb, 250 ppb, 에마멕틴벤조에이트는 0.2 ppb, 2 ppb가 되게 표준용액을 정확히 가하고, 균일하게 혼합하여 30분간 방치한 후 상기의 전처리과정을 동일하게 수행하여 회수율을 구하였다.

통계분석

나무주사 시기별에 따른 고사주율 자료는 arcsin변환 값으로 처리평균간 차이를 Tukey test로 분산분석하였는데 결과값은 변환하기 전의 자료로 표기하였다. 소나무재선충 증식수와 잔류량 자료는 처리평균간 차이를 Duncan’s multiple range test로 분산분석하였다(SAS Institute, 2010). 각각의 자료는 평균±표준편차로 표기하였다.

나무주사 시기에 따른 소나무 고사율

아바멕틴과 에마멕틴벤조에이트 나무주사 시기는 소나무재선충에 의한 소나무 고사율에 영향을 미쳤다(Table 1). 중력식 수간 주입의 경우 아바멕틴은 11월부터 1월 처리까지 고사되는 나무가 없었으며 4월과 5월처리에서는 통계적으로 유의하게 높은 고사주율을 보였다(df=9, 20, F=12.89, P<0.0001). 에마멕틴벤조에이트 처리의 경우 11월부터 2월 처리까지 고사되는 나무가 없었으며 10월과 3, 4월 처리 시에도 통계적으로 유의하게 낮은 고사주율을 보였다(df=9, 20, F=25.94, P<0.0001). 10월에는 중력식에 비하여 가압식의 방제효과가 높았고, 5월 처리에는 중력식 수간주입의 방제효과가 높았는데 통계적 차이는 없었다(Table 1).

Table 1.

Mortality of pine trees according to the trunk injection period of abamectin and emamectin benzoate

전체적으로 10월부터 5월까지 나무주사 처리결과 11월부터 1월사이 처리에서는 두 수간주입 약제 모두 100% 소나무재선충 감염 예방 효과를 보였고, 에마맥틴벤조에이트의 경우 10월과, 3~4월 처리에서도 96.7%의 높은 방제효과를 보였다. 따라서 안정적인 소나무재선충 예방효과를 기대하기 위해서는 두 약제 모두 11월부터 2월 사이에 나무주사를 하는 것이 바람직할 것으로 생각되며 10월이나 3, 4월에 나무주사를 할 경우 에마멕틴벤조에이트를 사용하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

소나무재선충 예방 효과 실내 검정

월별 수간주입 처리 후 소나무재선충의 매개충 활동이 활발한 8월에 처리 한 나무의 가지를 절단하여 소나무재선충을 접종한 결과 소나무재선충 증식수는 처리 월별에 따라 차이는 없었다(Table 2). 억제율은 아바멕틴의 경우 2월에서 3월까지는 99% 이상의 증식억제효과(방제가)를 보였으며 5월 처리에서도 중력식과 가압식 모두 90%이상의 방제가를 보였다(df=5, 24, F=59.28, P<0.0001). 에마멕틴 벤조에이트 처리의 경우 2월에서 4월 처리까지 93%이상의 방제가를 보였으며 5월 처리시는 80% 중반의 방제가를 보였으나 통계적 차이는 없었다(df=5, 24, F=48.51, P<0.0001).

Table 2.

Comparison of the number of nematodes propagated in the cut branches according to the injection period (February to May) in pine trees

Table 3.

Comparison of the number of nematodes propagated in the cut branches according to the injection period (October to January) in pine trees

두 살선충제를 10월부터 5월까지 수간주입 처리 후 가지에서 소나무재선충 증식 억제 활성은 10월과 5월의 에마멕틴벤조에이트 중력식 처리를 제외하고는 낮은 증식수를 보였다. 이는 이전 시험 결과에서 11월에서 1월까지 약제를 수간주입 하였을 때만 두 약제 모두에서 고사주가 발생되지 않았던 결과와는 다소 차이를 보이는 결과였다. 소나무재선충 매개충을 통한 소나무재선충의 전반은 매개충이 기주목에 후식 행동 시 이루어지는데 매개충은 기주의 신초 수피 부분을 섭식한다. 따라서 소나무재선충 매개충에 의한 소나무재선충의 1차적 감염 부위는 가지의 수피 부위로 이 가지를 절단하여 소나무재선충 접종 시 10월부터 5월까지 나무주사 시기와 관계없이 낮은 소나무재선충 증식수를 보였다는 것은 실제 임내에서 소나무재선충의 초기 감염을 억제할 수 있는 가능성이 높다는 것을 의미한다. 이전 시험에서 소나무의 고사주가 발생하는 것은 소나무재선충을 가지에 접종하는 것이 아니고, 가슴높이의 수관 부위에 접종하는 것이어서 가지로부터 고사가 진전되어 전체 나무가 죽는 임내에서의 소나무재선충병 감염과는 차이가 있는 방법이다. 따라서 실제 자연림 내에 이들 살선충제를 수간주입 할 경우 본 시험의 결과보다 소나무재선충 감염에 의한 고사주율은 더 낮아 질 수 있을 것으로 생각되지만 이를 판단하기 위해서는 실제 임지 내에서 소나무재선충의 접종이 없이 자연감염율을 조사하는 것이 필요할 것으로 생각된다.

나무주사 시기별에 따른 살선충제 잔류량

처리시기별 소나무 수관부의 2-3년생 가지의 약제 잔류량을 조사한 결과 아바멕틴의 경우 나무주사 월별에 따라 잔류량에 차이를 보였다(df=9, 40, F=5.35, P<0.0001). 2월 처리의 잔류량이 5.06 mg/kg으로 가장 많았고, 2월 처리를 기준으로 처리 시기가 빨라지거나 늦어질수록 잔류량이 적은 경향을 보였다(Table 4). 10월과 5월 처리 모두 가압식 주입법이 중력식 주입보다 잔류량이 많았으나 통계적 차이는 없었다(Table 4). 에마멕틴벤조에이트의 경우 12월과 1월 처리의 잔류량이 통계적으로 유의하게 많았으며(df=9, 40, F=14.57, P<0.0001) 이 시기를 기점으로 수간 주입 시기가 이르거나 늦어지면 잔류량이 줄어 들었다(Table 4). 특히 5월 처리의 경우 중력식과 가압식 모두 매우 낮은 잔류량을 보였고, 10월 처리의 경우도 가압식과 중력식 모두 매우 낮은 잔류량을 나타내었다(Table 4). 잔류분석 시 아바멕틴의 회수율은 83.2~86.2%였고, 에마멕틴벤조에이트의 회수율은 82.0~87.5%였다.

Table 4.

Residual amount in branches according to injection timing of abamectin and emamectin benzoate in pine trees

전체적으로 아바멕틴 유제는 2월과 3월에 약제 잔류량이 4.278 mg/kg, 1.648 mg/kg으로 높게 검출되었고, 11월에 0.113 mg/kg으로 가장 적게 검출되었다. 반면 에마멕틴벤조에이트 유제는 12월과 1월에 약제 검출량이 0.767 mg/kg, 0.779 mg/kg으로 높게 나타났고, 11월과 3월에 0.350mg/kg, 0.320 mg/kg으로 나타났으며, 5월 중력식과 가압식 처리에서 0.003 mg/kg, 0.001 mg/kg으로 가장 낮게 검출되었다. 또한 아바멕틴 유제의 경우 송지가 많이 분비되는 시기에도 약제 검출량이 높게 나타났으나 에마멕틴벤조에이트 유제의 경우 거의 검출되지 않았다.

5월에 소나무재선충병 피해주율이 아바멕틴 처리구보다 에마멕틴벤조에이트 처리구가 더 높았던 이유는 약제 잔류량이 에마멕틴벤조에이트 처리구에서 약제가 거의 검출되지 않는 반면 아바멕틴 처리구는 중력식, 가압식 처리구 모구 1 ppm 내외의 약제 잔류량이 검출되었기 때문인 것으로 생각된다. 또한 5월에 약제를 처리한 시험목에서 약제 검출량이 적게 나타난 것은 나무주사시기와 시료 채취시기와의 관계에서 나무주사 후 경과 시기가 짧아 약제 이행이 충분히 이루어지지 않았기 때문으로 생각되지만 약제 이행 속도와 관련해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.

나무주사 시기는 처리 약제의 잔류와 소나무재선충의 증식 및 소나무재선충 접종 시 감염목의 비율에 모두 영향을 미쳤다. 아바멕틴의 경우 11월부터 2월처리까지 낮은 소나무재선충 감염주율을 보였으나 에마멕틴벤조에이트 처리의 경우 10월부터 4월까지 낮은 감염주율을 보였는데 잔류량은 감염주율과는 상이한 경향을 보였다. 즉 아바멕틴의 경우 1월-4월 처리에서 1.452-5.06 mg/kg으로 2월 이전에서 10월처리에 비하여 잔류량은 적었으나 고사주율은 1월 이전에서 10월처리가 낮게 나타났다. 반면 에마멕틴벤조에이트 처리의 경우 5월 처리에서만 높은 소나무재선충 감염주율을 나타내었는데 잔류량도 이 시기 처리에서 낮게 나타나 낮은 잔류량과 높은 재선충 감염주율을 보였다. 수간 주입 한 아바멕틴의 수체 내 이동은 2월에 곰솔에 처리 시 15일 후에도 수간 상부까지 이동 되는데 잔류량은 수간하부의 1.515mg/kg의 18.8%인 0.285mg/kg으로 낮았으며 처리 30일 후에도 수간 하부에 비해 상부의 잔류량이 10.9%만 검출되어 수간 내 이동은 수간 주입 15일 후에도 일어나지만 이동량은 차이가 있다(Lee et al., 2009a). 소나무와 같은 침엽수종은 무공재의 통도조직을 가지고 있어 물이 헛물관에 있는 벽공을 따라 사선으로 이동하기 때문에(Claney, 1986) 주입한 약제의 이동이 수체 내에서 불균일하게 나타날 수 있다. 그렇지만 11월이나 12월 나무주사에 비하여 5월에 아바맥틴의 잔류량이 많고, 이 시기의 가지 내 잔류량이 소나무재선충에 대한 아바멕틴의 IC95농도인 0.16 mg/kg(Takai et al., 2000)이상 임에도 불구하고, 소나무재선충 감염주율이 높은 부분에 관해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다. 에마멕틴벤조에이트의 소나무재선충에 대한 IC50농도는 0.011mg/kg으로 알려져 있는데(Takai et al., 2000) 5월에 수간 주입 시 잔류량이 이 보다 낮아 소나무재선충 감염주율이 높게 나타나는 것으로 판단된다.

나무주사 후 잔류기간에 대한 부가적인 연구가 수행되어야 하겠지만 잔류량이나 소나무재선충 접종 시 고사주율 등을 고려할 때 에마멕틴벤조에이트의 경우 10월부터 4월까지 나무주사가 가능할 것으로 판단되며 아바멕틴의 경우 11월부터 2월까지가 안정적인 소나무재선충 예방효과를 보일 수 있을 것으로 생각된다.

이해상충관계

저자는 이해상충관계가 없음을 선언합니다.