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ISSN : 1225-0171(Print)
ISSN : 2287-545X(Online)
Korean Journal of Applied Entomology Vol.58 No.4 pp.271-280
DOI : https://doi.org/10.5656/KSAE.2019.10.0.039

Susceptibility of Spodoptera exigua to UVA Insecticides Using Agricultural Multi-copter on Cabbage Field

Bueyong Park, Sang-Ku Lee, In-Hong Jeong, Se-Keun Park, Sang-Bum Lee1, Gil-Hah Kim2*
Crop Protection Division, Department of Agri-Food Safety, National Institute of Agricultural Sciences, Wanju 55365, Korea
1Agromaterial Assessment Division, Department of Agri-Food Safety, National Institute of Agricultural Sciences, Wanju 55365, Korea
2Department of Plant Medicine, College of Agriculture, Life and Environment Sciences, Chungbuk National University, Cheongju 28644, Korea
Corresponding author:khkim@cbnu.ac.kr
September 17, 2019 October 29, 2019 October 31, 2019

Abstract


We investigated the control efficacy and phytotoxicity of unmanned aerial vehicle–applied pesticides against the insect Spodoptera exigua, a major emerging pest in Chinese cabbage. Phytotoxicity was investigated in cabbage and 7 crops cultivated in the perconducted on 8 surrounding crops including Chinese cabbage at 1 to 2 times the recommended pesticide dosage. We treated cabbage fields with spinetoram suspension concentrate (16×), methoxyfenozide, sulfoxaflor suspension concentrate (16×). Then, we used water-sensitive paper to measure the distribution pattern of falling pesticide particles and the degree of coverage. Two of the pesticides showed 97% control efficacy, however, control efficacy might differ in resistant populations. Phytotoxicity was not observed in Chinese cabbage and the 7 surrounding crops treated with 1 to 2 times the recommended pesticide dosage. Analysis of the distribution pattern of falling pesticide particles revealed that breeze caused particle diffusion. Thus, wind is an important factor affecting the uniform treatment and diffusion of multicopter-applied pesticides. It follows that setting optimal conditions is necessary for effective control and treatment.



농업용 멀티콥터를 활용한 무인항공기용 작물보호제에 대한 배추 파밤나방의 약제감수성

박 부용, 이 상구, 정 인홍, 박 세근, 이 상범1, 김 길하2*
국립농업과학원 농산물안전성부 작물보호과
1국립농업과학원 농산물안전성부 농자재평가과
2충북대학교 농업생명환경대학 식물의학과

초록


본 연구에서는 배추에 발생하는 파밤나방에 대하여 멀티콥터를 이용한 무인항공용 방제약제의 약효 및 약해를 조사하였다. 약해는 배추와 7개 주변작물에 대하여 시험대상 약제를 기준량과 배량으로 처리하여 살충 효과를 조사하였다. 배추 포장에 스피네토람 액상수화제(16배)와 메 톡시페노자이드,설폭사플로르 액상수화제(16배)를 살포하였고, 감수지를 이용하여 살포 약제의 낙하입자를 측정하고 피복도를 조사하였다. 두 가지 약제 모두 배추의 파밤나방에 대하여 97% 이상의 우수한 살충 효과를 보였다. 기준량 및 배량에서 배추와 7개 주변작물에 약해가 발생하지 않았다. 낙하입자 분석결과 바람 세기의 차이에 따라 낙하입자의 균일도가 다른 양상을 보였다.



    최근 기후변화로 인하여 국내의 평균기온은 점차 상승할 것 으로 예상되고 있으며(IPCC, 2014), 이로 인하여 기존의 국내 해충 중 파밤나방(Spodoptera exigua)과 같은 아열대성 남방계 해충이 증가할 것으로 예상된다. 이점은 파밤나방 방제를 위한 방제 노력 역시 증가할 것으로 판단된다.

    파밤나방은 나비목(Lepidoptera) 밤나방과(Noctuidae)에 속 하며 채소, 화훼, 과수, 잡초 등 광범위한 기주범위를 보이고 있 다(Taylor and Riley, 2008). 또한 국내에서 시설재배지 조건에 서 월동이 가능한 수준의 내한성이 있는 것으로 추정되고 있으 며(Kim and Kim, 1997), 연중 발생할 경우에는 4-5회 발생하는 것으로 추정되고 있다(Goh et al., 1993). 이 해충을 방제하기 위 하여 주로 사용되어 왔던 작물보호제로는, 유기인계, 카바메이 트계, 피레스로이드계 및 디아마이드계 등이 있으며, 이외에도 다양한 계통의 작물보호제가 사용되고 있다(Moulton et al., 2002;Osorio et al., 2008;Cho et al., 2018).

    그러나 파밤나방은 약제 저항성 발현이 잘 되고, 4령충 이후 노숙유충에 대해서는 약효가 많이 떨어지는 해충으로 구분하 고 있다(Park and Goh 1992). 따라서 발생초기 방제가 중요하 지만 현재 국내농업의 현실상 농작업 인력 부족으로 방제에 어 려움을 많이 겪고 있어 이에 대한 대안으로 자동화, 생력화 및 집락영농 등이 거론되고 있다(Kim and Jun, 2011;Kim, 2015). 또한 현재 작물보호제를 활용한 방제방법이 파밤나방과 같은 남방계 해충의 증가는 방제 횟수의 증가와 방제를 위한 노동력 의 소요 또한 늘어나게 되어 방제비용의 증가가 예상되기 때문 에 농업현장에서는 새로운 약제처리법을 필요로 하고 있는 상 황이다. 새로운 방법 중 멀티콥터(드론)를 이용한 방제 방법이 좋은 대안이 될 수 있는데 농업용 멀티콥터는 투입 인력과 노동 시간을 크게 감소시켜 생력화를 통한 농작업 효율을 향상시킬 수 있다(Jin et al., 2008). 따라서 농업용 멀티콥터의 활용은 적 기 방제와 노동력 부족 문제를 모두 해결할 수 있는 대안이 될 수 있다. 그러나 현재 멀티콥터는 무인 항공방제기로 분류되어 있으며, 농촌진흥청에서는 2018년 농약 및 원제의 등록기준을 개정 고시하여, 멀티콥터를 기존 무인헬기에 준하던 기준과 동 일하게 적용하고 있다(RDA, 2018). 무인헬기와 멀티콥터는 비 행 고도나 속도, 하향풍, 살포압력이나 분사각, 약제비산 등 여 러 가지 부분에서 차이점이 존재하기 때문에, 멀티콥터를 이용 한 실증 시험이 아직 많이 이루어지지 않았기 때문에, 실증 시 험을 통하여 약제의 효과를 검정하고 무인헬기와 구별되는 멀 티콥터의 사용기준이 필요한 상황이다.

    또한 농약허용물질목록관리제도(PLS, Positive List System) 가 시행됨에 따라 작물별 등록약제의 차이, 즉, A작물에 등록된 a약제가 B작물에는 등록되지 않았을 경우에는 a약제를 살포할 경우, 비산으로 인하여 B작물에서 잔류로 인한 비의도적 오염 문제의 가능성도 존재한다.(Park et al., 2018). 아직 멀티콥터 방제와 관련된 선행 연구가 많이 되어있지 않은 상황이지만, Choi et al. (2018)의 연구에서 멀티콥터의 살포높이에 따른 하 향풍, 살포폭 및 낙하 농약입자수 등을 조사하였고 이를 근거로 하여 항공방제용 약제 4종에 대하여 파밤나방 등 3종에 대한 완 전치사농도와 약량을 실내검정하여 약제방제기준을 설정하였 다. 이에 본 연구에서는 파밤나방에 등록된 무인항공용 약제를 대상으로 배추에 발생하는 파밤나방에 대한 실증시험을 통해 약효 및 약해를 검정하여 멀티콥터의 사용 기준이 될 수 있는 근거자료를 제시하고자 한다.

    재료 및 방법

    시험포장

    포장시험은 전북 익산시 성당면과 전북 완주군 이서면 소재 배추 포장에서 추진되었다. 시험포장의 규격은 익산포장의 경 우 6 m × 20 m(줄간 폭 0.5 m), 총 면적 480 m2, 구당면적 120 m2 이며, 2 m의 완충지대(buffer zone)를 설정하였고, 완주포장에 서는 6 m × 30 m(줄간 폭 0.5 m), 총면적 720 m2, 구당면적 180 m2 이고 포장 여건상 완충지대는 설정하지 않았다. 모두 단구제 3반복 시험을 할 수 있도록 구획하였으며, 포장 모식도는 Fig. 1 과 같다. 배추 품종은 춘광으로 2019년 4월 30일 정식하였다. 약해 조사를 위한 주변작물로 가지, 고추, 오이, 옥수수, 잎들깨, 쪽파 및 콩(대두) 등 7작물을 식재하여 약해를 검정하였다. 살 포된 약제의 낙하입자 분석을 위해 시험포장에 감수지(water and oil sensitive paper, TeeJet technologies, 76 × 52 mm)를 포 장 내부와 완충지대(buffer zone)에 배치하였다(Fig. 2).

    시험곤충

    본 연구에 사용된 파밤나방은 국립농업과학원 작물보호과 해충사육실에서 누대사육해온 감수성 개체로 아크릴케이지 (40.0 × 45.0 × 40.0 cm)에서 배추를 기주로 사육한 것이다(24 ± 1℃, 60 ± 5% RH, 14L:10D). 영기별 방제효과를 검정하기 위해 2령과 5령의 유충을 구분하여 시험에 사용하였다. 시험곤 충을 약제 살포 2일 전 포장의 배추에 접종하여 2~3일의 정착 기간을 두었고 해충 특성상 이탈개체를 막기 위하여 망(견참) 처리를 하였다. 약제 살포 직전 개체수를 세어 처리전 밀도를 파악하였고, 이후 즉시 멀티콥터를 이용하여 약제를 살포하고 다시 망을 씌어두었다(Fig. 3). 처리 후 1, 3 및 7일차에 생충수 를 조사하였으며, 붓으로 자극하였을 때 움직임이 있는 개체만 살아있는 것으로 간주하였고, 처리전 밀도를 기준으로 각 조사 시점에서 발견되지 않은 개체는 이탈한 것으로 간주하여 생충 수에 포함시키지 않았다.

    시험약제

    시험에 사용한 약제는 총 2종으로 스피네토람(spinetoram) 액상수화제와 메톡시페노자이드,설폭사플로르(methoxyfenozide, sulfoxaflor) 액상수화제이다. 이들은 배추 파밤나방에 대해 무 인항공기 방제용으로 등록된 약제이며, 시험약제들의 제형, 유 효성분 및 추천 희석농도는 Table 1과 같다. 약제처리는 농작물 캐노피(canopy)기준 2 m 상공에서 10 km/h의 비행속도로 약제 를 평행 살포하였다. 노즐은 익산포장에서 DG 11002, 완주포장 에서는 DG 8002를 사용하였다. 이는 농진청 주관 항공방제용 농약 약효·약해 시험기준 협의회에서 합의한 내용(노즐은 비산 을 최소화할 수 있는 DG 11002와 DG 8002을 사용. 살포 높이 는 작물 캐노피(Canopy) 기준 2~3 m이고, 살포 폭은 4 m 내외 로 하고, 비행속도는 약량에 따라 조절이 가능)을 준용하였다.

    약제는 작물보호제 지침서의 안전사용기준에 근거하여 조 제하였으며, 두 약제 모두 16배(10 a 당 1.6 L)로 희석하여 사용 하였다.

    멀티콥터

    시험에 사용된 멀티콥터는 (유)동아하이테크에서 제작한 쿼 드콥터로서 규격은 1,550 mm(L) × 1,500 mm(W) × 480 mm(H), 중량은 9.6 Kg(전지 미포함), 펌프는 PLD-1206 Micro diaphragm pump(12 V 45 W), 배터리는 TATTU 6S 15C 22.2 V 16,000 mA(8 AWG)이며, 10 L 약제통을 탑재할 수 있다. 이 멀티콥터 는 약제통과 몸체가 일체형으로 되어있고, 약제통 내부에 격벽 이 설치되어 실제 방제운항시 기울임으로 인한 약제의 요동을 최소화할 수 있는 멀티콥터이다. FC(Flight controller)는 xAircraft SuperX2 이며, 약 1 ha의 면적을 10분 내외로 방제할 수 있으며 노즐은 4개까지 장착할 수 있는 기기이다. 이 기기를 이용하여 완주포장에는 2019년 6월 12일, 익산포장에는 2019 년 6월 14일 오전 5시경 10 m/s의 비행속도로 약제를 살포하였 다. Vernier Software and Technology社의 센서형 데이터수집 장치 Labquest2 LQ-LE를 이용하여 시험당시 현지포장의 온· 습도 및 풍속을 측정하였다.

    통계처리

    파밤나방에 대한 무인항공기용 약제의 영기별 방제효과의 유의성을 검정하기 위해 SAS (SAS Institute)를 이용하여 Tukey의 다중검정을 실시하였다. 또한 감수지를 이용한 약제 의 낙하입자 분석을 위해 Image J (National Institute of Health) 를 사용하여 피복도(coverage)를 측정하였다.

    결과 및 고찰

    파밤나방 영기별 유충에 대한 살충제 감수성은 Tables 2~4와 같다. 완주포장에서 파밤나방 2령 유충에 대한 스피네토람 액 상수화제 살포에 따른 살충 효과는 1일차 94.1%, 3일차 99.3%, 및 7일차에 100%였다. 5령 유충의 경우 1일차 90.4%, 3일차 96.8%, 및 7일차에 100%의 방제가를 보였다. 익산포장에서 파 밤나방 2령 유충에 대한 메톡시페노자이드,설폭사플로르 액상 수화제 살포에 따른 방제 효과는 1일차 87.0%, 3일차 95.7%, 및 7일차에 100%였고, 5령 유충에 대하여는 1일차 88.7%, 3일 차 95.6%, 및 7일차에 97.4%의 방제 효과를 보여주어 두 약제 방제 효과가 우수함을 확인할 수 있었다(Fig. 4). 변이계수 (C.V.)는 모두 12 이하로써 평균치에서 크게 이탈되는 값은 없 었다. 다만 살충률에 있어 시험에 사용된 파밤나방은 감수성 개 체이기 때문에, 실제 자연발생한 파밤나방에 대한 방제시 약제 저항성이있는 개체의 경우 방제효과가 다소 떨어질 가능성은 있다고 여겨진다. 배추를 포함한 주변작물 8작물 모두 기준량 (16배) 및 배량(8배)에서는 약해가 발생하지 않았다. 두 포장 모 두 약제 처리 전 및 처리 후 7일 까지 약효·약해 시험에 영향을 줄 만한 기상상황은 없었으며, 시험포장 기상상황은 Table 5와 같다. 2019년 6월 11일 완주의 경우 강우량이 10.0 mm로 되어 있으나 실제 포장에서는 비가오지 않았다. 실증시험 시 현지포 장의 온·습도 및 풍속을 측정한 결과 익산포장은 17.8℃, 남서 풍, 평균 풍속 0.9 m/s, 최대 풍속 1.5 m/s이었고, 완주포장은 18.6℃ 평균 풍속 0.1 m/s, 최대 풍속 0.3 m/s 이었다. Table 3

    살포약제 낙하입자의 분석은 농약 및 원제의 등록기준의 낙 하분산조사법(Fig. 5)을 참고하였다(RDA, 2019). 이는 낙하 액 적의 입경을 기준으로 4단계로 구분하고, 단위면적(cm2)당 낙 하 액적의 수를 가지고 8단계로 구분하여 약제의 낙하입자 패 턴을 구분한다. 실증 시험에 따른 약제의 입자낙하 양상은 시험 노즐에 따라 다소 차이가 있었다. 시험노즐은 DG 계열 모델인 데, 이는 비산방지를 위한 드리프트 가드가 설치된 모델로 분사 입자 크기가 노즐 전체적으로 볼 때 중간정도의 크기이다 (Table 6). 실증 시험에서 DG 8002 노즐 모델이 DG 11002 모 델에 비하여 분사입자 크기가 약간 큰 것으로 나타났는데, DG 8002를 사용한 완주 포장이 익산 포장에 비하여 입경단계 A(0.2 mm)의 지수는 낮고, 입경단계 C(1.0 mm)의 지수는 높았 다. 입경 1.5 mm 이상인 D단계는 두 포장 모두 나타나지 않았 다(Table 7). Image J를 활용한 감수지 피복도는 완주포장이 평 균 5.62, 익산포장이 10.76으로 나타났다. 그러나 완주포장에 서 피복도 편차가 3.15임에 비하여 익산포장의 경우 11.62로 편 차가 심했는데, 이는 익산포장 시험 당시 남서풍이 최대 1.5 m/s 의 속도로 불었고, 완주포장은 서풍이 최대 0.3 m/s으로 풍속의 차이가 있었기 때문인 것으로 판단되며, 비행 속도와 하향풍이 피복도에 영향을 주는 것으로 판단된다(Table 7). 하향풍과 비 행 속도는 추가 실험을 통해 근거를 확립할 필요성이 있다고 여 겨진다. 감수지 액적분포에서도 익산포장에서는 북동쪽 방향 으로 낙하입자의 쏠림현상이 발생하였으며, 완충지대(폭 4 m) 의 중앙부인 2 m 지점에 설치한 감수지에도 약제 낙하액적이 나타났다(Fig. 6). 시험당시 바람이 거의 불지 않았던 완주포장 의 경우 상대적으로 고른 분포를 보였다. 따라서 무인 방제시 고려되어야 할 기상여건 중 풍속이 약효의 균일성과 비산방지 측면에서 가장 중요한 요소라 판단되며, 이러한 바람과 관련된 요인인 하향풍, 비행 속도도 고려해야 할 것으로 여겨진다.

    농업용 무인헬기의 약제 살포 기준에서도 풍속 3 m/s 이하에 서 기기를 운용할 것을 정해두었고(KAUHA, 2017), Beaufort 풍력 계급에서도 0.3~1.5 m/s는 풍력 1계급으로 연기가 날리고 해수면에 작은 파도가 일어나는 정도의 풍속으로 규정하고 있 다. 따라서 대류가 거의 일어나지 않는 해뜨기 전 2 m/s 이하의 풍속일 때에 멀티콥터를 운용하는 것이 균일한 방제 효과와 비 산을 최소화 할 수 있을 것이라 여겨진다. 실제로 실증시험을 실시한 익산포장의 경우 6월 한 달간 방제작업을 실시한 오전 5 시~6시의 평균 풍속은 기상청 지역별상세관측(AWS)데이터 기준으로 30일 중 24일이 0.1 m/s 이하로 무풍이었으며, 2.0 m/s 이상의 풍속이 발생한 경우는 2일이었다. 그러나 완주포장 의 경우 2.0 m/s 이상의 풍속이 발생한 경우는 15일로 지역별로 차이가 있었으나, 2.0 m/s 이상의 풍속이 측정된 경우의 대부분 은 강우가 있던 날로서 강우가 없는 날에는 멀티콥터를 이용하 여 방제하기 적합한 날이 많았다(KMA, 2019). 멀티콥터의 하 향풍과 관련하여, Kang et al. (2010)의 연구에서 무인헬기의 하향풍은 3 m 높이 기준 최대 7.8 m/s였으나 멀티콥터는 4.2 m/s로 나타나 무인헬기에 비하여 상대적으로 풍속이 약한 것으 로 조사되었다. Choi et al. (2018) 역시 2.5 m 높이 기준 멀티콥 터의 하향풍속은 4.3 m/s로 조사되었고 2.5~ 4 m 사이에서는 하향풍속의 편차가 크지 않은 것으로 보고하였다. 또한 비행속 도에 따른 단위면적당 평균 낙하입자수에는 차이가 많이 발생 하였는데 3 mM 높이, 3 m/s의 비행속도에서 60 개/cm2였으며, 4 m/s의 비행속도에서는 29 개/cm2로 감소하였다. 따라서 효율 성과 약효의 균일화를 아우를 수 있는 적정 비행속도를 구명하 는 것이 중요하다고 판단된다.

    대상 약제의 주성분 중 하나인 스피네토람은 스피노신계통 으로 신경전달물질인 아세틸콜린 수용체의 결합을 방해하는 기작을 통해 살충효과를 나타내는 성분이다. 또한 메톡시페노 자이드는 탈피호르몬 수용체에 작용하여 탈피기능을 저해하는 기작을 나타내며, 설폭사플로르는 신경전달물질 수용체의 기 능을 저하시킨다(IRAC, 2017). 이러한 신경전달물질이나 곤 충생장물질 교란 계통 약제들은 파밤나방을 비롯한 나방류에 효과가 있는 계통이며 관행 방제에서도 많이 사용되고 있다 (Kim et al., 2008). 그러나 파밤나방은 약제 저항성 발현이 빠 른해충으로 동일계통 약제를 이용한 방제는 어려운 해충으로 알려져 있고(Park and Goh, 1992), 피레스로이드계, 디아마이 드계 등 다양한 화합물과 유기물에 대한 저항성이 나타났으며 (Meinke and Ware, 1978;Aldosari et al., 1996), 생물농약인 BT(Bacillis thuringiensis)제에 대하여도 저항성이 발현되었다 는 보고가 있다(MacIntosh et al., 1990). 따라서 누대사육된 감 수성 파밤나방 개체를 사용한 본 실험과, 자연발생한 파밤나방 에 대한 실험에서는 살충 효과에 차이가 발생할 가능성이 존재 한다. 무인항공기용 등록약제 역시 저항성 발현으로 인하여 방 제 효과 저하 문제가 발생할 가능성이 높으나, 현재 벼를 제외 한 밭작물 무인방제용 약제로 등록된 것은 6작물 18개 약제이 며, 대부분 신경전달물질이나 곤충생장물질 교란 계통으로서 계통별 교호살포하기 어려운 실정이다. 이들 중 11개가 파밤나 방 방제용으로 등록되어 있다(RDA, 2019). 따라서 적용 작물, 대상 해충 및 약제의 종류를 확대할 필요가 있으며 이를 위해 향후 작물 잔류성이나 주변 비산문제도 고려한 다양한 실증 시 험이 필요하며, 대상 농작물, 대상 해충 및 기상상황을 감안한 멀티콥터 방제제 등록시험의 가이드라인 설정이 필수적이라고 판단된다.

    사 사

    이 연구는 농촌진흥청 연구사업(PJ01342602)의 지원으로 수 행되었으며 지원에 감사드립니다.

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    Tested field information (Left: Iksan, Right: Wanju).

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    Water sensitive paper deployed in the field.

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    Experimental process (A: Breeding test insects, B: Pesticide dilution, C: Pesticide treatment using multi-copter, D: Mortality survey).

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    Control effect in untreated and treated plot (Left: untreated, Right: treated).

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    Correlation between diameters of airdrop particle analysis method using Water Sensitive

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    Drop dispersion pattern at pesticide spray in the field.

    Information of insecticide used in this experiment

    Susceptibility of Spodoptera exigua to insecticides using multi-copter

    Susceptibility of Spodoptera exigua to insecticides using multi-copter

    Susceptibility of Spodoptera exigua to insecticides using multi-copter

    Weather information in the test plot during experiment

    Classified airdrop particle size on different nozzle models

    Coverage index of Water Sensitive Paper and airdropped distribution

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