소나무재선충병은 1988년 부산 금정산 지역에 최초로 발생하 여 피해지역이 2019년 4월 기준으로 전국 117개 시,군,구로 확대 되고 있다. 발생 피해목 본수는 2014년 218만본에서 2019년 49 만본으로 감소하였다(KFRI, 2007;Korea Forest Service, 2020).

스스로 이동능력이 없는 소나무재선충(Bursaphelenchus xylophilus)은 Monochamus 속(Coleoptera: Cerambycidae)의 하늘소를 매개충으로 하며, 이들이 성충으로 우화 탈출하면서 건전목의 신초를 후식하거나, 산란할 때 발생되는 수피의 상처 부위를 통하여 전파된다(Kobayashi et al., 1984;Sato et al., 1987;Naves et al., 2001).

우리나라에서는 솔수염하늘소(Monochamus alternatus)와 북방수염하늘소(M. saltuaris)가매개충으로 알려져 있으며, 남 부지방에서는 주로 소나무가 솔수염하늘소에 의해 피해를 입 고 있고, 중부지방에서는 주로 잣나무가 북방수염하늘소에 의 해 피해를 입고 있다(KFRI, 2007).

소나무재선충병 방제를 위해 피해목을 제거한 후 훈증, 파쇄 소각 처리를 하여 소나무재선충 및 매개충을 제거하거나, 예방 나무주사를 이용하여 소나무재선충의 침입을 방지하고 있다. 또한, 매개충의 밀도를 줄이기 위하여 유인헬기를 이용한 항공 방제로 년 2~3회 티아클로프리드 또는 아세타미프리드를 살포 하고 있다(Korea Forest Service, 2015).

현재 소나무재선충 매개충 방제 약제는 유인헬기용으로만 등록되어 있다(RDA, 2020). 최근 농약허용물질목록관리제도 (Positive List System; PLS)가 시행됨에 따라, 유인헬기에 의 한 항공방제는 비산에 의한 비의도적 오염 문제의 가능성이 제 기되고 있다. 무인항공기는 유인헬기에 비하여 비산거리가 짧 으며, 비산이 적어(Lee et al., 2018), 무인헬리콥터와 함께 정밀 방제가 가능할 것으로 예상되어, 유인헬기 항공방제로 인한 비 의도적 오염 문제를 줄일 수 있으리라 생각된다.

무인항공기는 무인헬리콥터와 무인멀티콥터(드론)을 포함 하는데, 무인헬리콥터와 무인멀티콥터는 농촌진흥청의 농약 및 원제의 등록기준에 의하여 동일한 기준이 적용된다(RDA, 2018). 무인항공기의 산림방제의 적용에 있어서, 산림방제약 제 살포 용량, 살포폭, 비행 시간 등과 인력배치와 효율성을 고 려하였을 때, 무인헬리콥터가 방제에는 더 효율적으로 판단된 다. 그러나, 무인항공기는 기체에 따라 비행 고도, 속도, 하향풍, 살포압력, 분사각, 약제비산 등 여러 가지 부분에서 차이점이 존 재하기 때문에, 실증 시험을 통하여 약제의 효과를 검정하고 유 인헬기와 구별되는 무인항공기의 사용기준이 필요한 실정이다.

본 연구에서는 소나무재선충 매개충(솔수염하늘소, 북방수 염하늘소)에 등록된 ULV (Ultra Low Volume; 초미립자) 약제 를 대상으로 소나무 및 잣나무에서의 소나무재선충 매개충에 대한 실증시험을 통해 약효 및 약해를 검정하여 무인항공기의 사용기준이 될 수 있는 근거자료를 제시하고자 한다.

재료 및 방법

시험포장

소나무림에서의 솔수염하늘소 및 북방수염하늘소에 대한 약제 시험은 제주특별자치도 제주시 애월읍 유수암리와 서귀 포시 안덕면 사계리 소재 소나무림에서 수행되었고, 잣나무림 에서의 북방수염하늘소에 대한 약제 시험은 강원도 춘천시 동 면 및 홍천군 화촌면 소재 국유림의 잣나무림에서 수행되었다. 시험포장의 규격은 각각 7.5 × 40 m², 총면적 1250 m², 구당 면 적 300 m²이며, 각 구간에는 10 m의 완충 지대를 설정하였다. 모두 단구제 3반복 시험을 할 수 있도록 구획하였으며, 포장시 험지는 Fig. 1과 같다. 소나무와 잣나무는 10년생 이상으로 높 이 15 m이상이었다. 살포된 약제의 낙하입자 분석을 위해 시험 포장에 감수지(water and oil sensitive paper, 76 × 52 mm, TeeJet Technologies, Louisville, KY)를 X자 형태로 시험포장 내부에 배치하였다(RDA, 2018). 약해 조사는 경우, 기준량은 약제살포구내의 시험곤충을 설치하지 않은 소나무와 잣나무를 선정하여 조사하였고, 배량은 7.5 × 20 m2의 면적에 살포하여 조사하였다. 두 포장 모두 약제 처리 전 및 처리 후 7일까지 약 효·약해 시험에 영향을 줄 만한 기상 상황은 없었으며, 시험포 장 기상상황은 Table 1와 같다. 실증시험 시 서귀포 포장에 0.1 mm의 강우가 기록되었으며, 약제 살포는 비가 오지 않을 때 실 시하였다.

시험곤충

본 연구에 사용된 솔수염하늘소 및 북방수염하늘소는 오상 킨섹트(구리, 경기)에서 사육한 성충 개체 또는 솔수염하늘소 및 북방수염하늘소에 감염된 피해목으로부터 우화한 성충 개 체를 소나무를 기주로 사육한 것이다(24 ± 2℃, 60 ± 5% RH, 14L:10D). 시험 곤충은 망에 정착하게 하기 위하여, 약제 살포 1일전 망(length 35 cm, diameter 15 cm)에 넣어 두었다(Fig 2A). 각 망에는 성충10마리를 소나무 가지와 함께 넣고, 소나무 혹은 잣나무의 수간을 3등분한 각 위치에 달아 두었다(Fig. 2B). 처리 후 성충은 망에 넣어 두고, 3일과 7일차에 생충수를 조사하였으며, 붓으로 자극하였을 때 움직임이 있는 개체만 살 아있는 것으로 간주하였다.

시험약제

시험에 사용한 약제는 총 3종으로 티아클로프리드(thiacloprid) 액상수화제, 아세타미프리드(acetamiprid) 미탁제, 플루피라디 퓨론(flupyradifurone) 액제이다. 이들은 소나무재선충 매개충 에 대해 ULV용으로 등록된 약제로 유인항공기 방제에 사용되 고 있다. 시험약제들의 제형, 유효성분, 살포 희석 농도 및 추천 희석농도는 Table 2과 같다. 약제처리는 수목 캐노피(canopy) 기준 4 m이상의 상공에서 15 km/h의 비행속도로 약제를 평행 살포하였다.

무인헬리콥터

시험에 사용된 무인헬리콥터는 야마하에서 제작한 YAMAHA FAZER로서 규격은 총길이 3,665 mm (L) × 770 mm (W) × 1,078 mm (H), 주날개 직경 3,115 mm. 꼬리날개 직경550 mm, 중량 24 Kg, 살포기는 Yamaha L-43이며, 노즐(TXVK-26, Teejet)은 4개로, 12 L약제통 총 2개를 탑재할 수 있다. L43살 포기는 토출압력 1.4 Bar에서 16 L/ha의 살포량을 가지며, 노즐 에 걸리는 압력은 5–7 bar이다. 비행조절은 Yamaha attitude control system II (YACS II)이며, 산림분야의 경유 약 1 ha의 면적을 8분 내외로 방제할 수 있다.

무인헬리콥터의 살포에 따른 비산거리 및 비산량

비산거리 및 비산량에 대한 정보를 수집하기 위해, 평지에서 비행방향의 좌(L), 우(R), 전(F), 후(r), 후우(rR), 후좌(rL)방향 에 0.3, 1, 5, 10, 30 m마다 감수지(76 × 52 mm, TeeJet Technologies) 를 설치(6 direction x 5 water sensitive papers/direction) 하고, 분산조사지표를 통하여 결과를 분석하였다. 감수지는 Fig. 3A와 같이 설치하였다. 위의 약제실험과 동일한 무인헬리 콥터와 살포기를 이용하여, 아세타미프리드를 살포하였다. 비 행 고도는 3-5 m였으며, 시속 15 km로 20 m 비행하였다.

통계처리

소나무재선충 매개충에 대한 무인헬리콥터용 약제의 방제 효과의 유의성을 검정하기 위해 JMP (SAS Institute)를 이용하 여 생충율을 arcsine으로 변환하여 Tukey의 다중검정을 실시 하였다. 생충율(± 표준오차, SE)은 변환전의 값으로 나타내었 다. 수간내 위치에 따른 약제 효과는 수간내 상, 중, 하의 위치에 설치한 망실에서의 매개충 살충율을 약제별로 비교하여 검증 하였다. 장소에 의한 영향이 없었고(Table S1, S3), 7일차는 각 약제별, 위치별 생충율의 차이가 적어 분석되지 않았다. 이에 3 일차 생충율을 약제별로 위치에 따른 살충효과를 분석하였다. 또한 감수지를 이용한 약제의 낙하입자 분석을 위해 ImageJ (National Institute of Health)를 사용하여 피복도(coverage)를 측정하였다.

결과 및 고찰

소나무재선충 매개충에 대한 살충제 감수성은 Tables 3~5에 나타내었다. 서귀포시 소나무림 포장에서 솔수염하늘소에 대 한 티아클로프리드, 아세타미프리드, 플루피라디푸론은 살포 에 따른 살충효과는 3일차에 98.9%, 98.5, 92.8%였고, 7일차에 는 100%, 100%, 98.6%의 방제가를 보였다.

제주시 소나무림 포장에서 티아클로프리드, 아세타미프리 드, 플루피라디푸론의 살충효과는 3일차 100%, 96.5%, 95.4% 였고, 7일차에는 모두 100%의 방제가를 보였다(Table 3). 소나 무림 포장에서 북방수염하늘소에 대한 티아클로프리드, 아세 타미프리드, 플루피라디푸론의 방제효과는 3일차에 서귀포 포 장92.8%이상 제주 포장 95.2%이었고, 7일차에 두 포장 모두 98.6%의 이상의 방제가를 보였다(Table 4). 잣나무림 포장에 서의 북방수염하늘소에 대한 세 약제의 방제 효과는 춘천 포장 에서 3일차 90.6% 이상, 7일차 96.2% 이상이었고, 홍천 포장에 서는 3일차 93.2% 이상, 7일차 98.8%이상의 방제가를 보였다 (Table 5).

이 실험의 결과, 세 약제 모두 솔수염하늘소와 북방수염하늘 소에 대한 방제 효과가 우수함을 확인할 수 있었다. 플루피라디 푸론은 다른 두 약제에 비하여 살충효과가 조금 낮았지만, 3일 차 90.6% 이상, 7일차 96.2%이상의 방제가로 다른 두 약제와 통계상 유의한 차이는 없었다. 처리 7일 후 기준량(33배) 및 배 량(16배)에서의 소나무와 잣나무의 약해는 발생하지 않았다.

수간의 상, 중, 하 위치에 따른 약제별 살충효과를 확인한 결 과, 티아클로프리드, 아세타미프리드, 플루피라디푸론 모두 위 치에 따른 살충효과의 차이는 없었다(Table 6).

농업용 무인헬리콥터의 약효·약해 시험의 경우, 시험곤충의 위치를 특별히 규정하고 있지 않다. 산림병해충 방제의 경우, 수목의 수고가 높고, 해충이 수간에 어느 곳에서나 분포가 가능 하기에 약제가 수간 내 고루 살포되어야 한다. 이에, 산림용 무 인헬리콥터의 약효·약해 시험의 경우, 시험곤충의 위치를 수간 내 고루 분포시킴으로 약제가 수간 고루 살포되어 약효를 나타 내는지에 대한 검증이 필요하다. 본 실험에서는 수간내 시험곤 충을 고르게 분포(상, 중, 하)시킨 후 약효 시험을 처리하였으 며, 그 결과, 수간내 위치에 관계없이 약효가 있음이 증명되었 는데, 이는 살포약제가 고르게 살포되었다는 간접적인 증거라 할 수 있을 것이다.

살포약제 낙하입자의 분석은 농약 및 원제의 등록기준의 낙 하분산조사법에 의하여 시행하였다(RDA, 2018), 이는 낙하 액 적의 입경을 크기에 따라 4단계로 구분하고, 단위 면적(cm²)당 낙하 액적의 수를 입경 단계별로 차등을 두어 8단계로 구분하 여 약제의 낙하 입자 패턴을 구분한다. 실증 시험에 사용된 약 제의 입자낙하 양상은 약제에 의해 크게 다르지 않았다(Table 7). 낙하입수는 가장 작은 입경인 A단계가 가장 많았다. A단계 지수 6의 낙하입자수 64개/cm²인데, 각 약제의 낙하입수 지수 는 평균 6.1~6.7점대로, 64~127개/cm²의 입자가 낙하한 것으 로 판단된다.

주변으로의 비산거리 및 비산량을 시험한 결과, 진행방향 앞 쪽(F)으로는 거의 비산하지 않았으나, 진행방향의 뒤쪽(r)으로 는 20 m지점까지 비산하여, 10 m지점에서까지만 비산이 확인 된 다른 방향에 비해서 조금 더 멀리 비산한 결과를 보였다 (Table 8.) 무인헬리콥터의 살포폭이 7.5 m임을 감안하며, 실제 최대 비산거리는 좌우방향으로 각각7M전후로 판단된다. 입자 는 모두 0.2 mm의 A단계였으나, 비산되는 양은 거리에 따라 차 이를 보여, 거리가 멀수록 비산되는 양이 적었다. 0.3 m와 1.0 m 는 낙하지수 8였으나, 10 m지점에서는 낙하지수 1–2로, 32배의 차이를 보였다(Table 8, Fig. 3B).

비산에 영향을 미치는 가장 큰 요인은 입자크기이며, 이는 입 자를 발생시키는 노즐의 종류 따라 다양하게 나타난다(ASABE, 2009). 이에 무인항공기 살포기는 작물 방제에 적합한 액제 입 자 크기로서 체적중간직경(Volume Median Diameter; VMD) 가 106–235 μm이 되도록 노즐을 결정한다. 사용된 노즐 TXVK-26 는 원형살포형 팁 형태로서 살포입자의 크기는 미국농생기술 협회(ASABE) 기준으로 노즐압력이 7 bar이하일 경우, 살포 입 자는 fine VMD범위의 106–235 μm이며, 8 bar이상일 경우 살 포입자가 very fine으로 61–105 μm의 규격이다(TeeJet, 2020). 본 실험에서 사용된 살포기의 토출압력과 살포량에 의해, 이때 노즐에 걸리는 압력이 5–7 bar이기에, 살포되는 입자크기는 fine 으로 106–235 μm의 VMD를 가지게 된다. 항공방제는 살포 노 즐, 살포기 등에 의해 살포 거리, 분무입자 등 살포 양상에 차이 를 보인다(Kang et al., 2010;Lim and Song, 2009). 이에 약효 에 영향을 미칠 수 있는 노즐, 살포기 와 같은 약제 살포에 영향 을 미치는 요인에 대하여 고려해야 할 것으로 여겨진다.

대상 약제중 티아클로프리드와 아세타미프리드는 네오니코 티노이드 계통으로 니코딘 아세틸콜린 수용체와 경쟁적으로 작용하는 기작을 통해 살충효과를 나타내는 성분이다. 티아클 로프리드와 아세타미프리드는 소나무재선충 매개충의 항공방 제약제로 가장 많이 사용되고 있다. 네오니코티노이드 계통의 약제는 꿀벌에 대한 위해성이 보고되어 있고(Woodcock et al., 2017), EU에서는 티아메톡삼, 클로티아니딘, 이미다클로프리 드에 대한 야외에서의 사용을 금지하였다(EU Commission, 2020). 아세타미프리드의 경우, 꿀벌위해성이 적어 EU에서는 사용 갱신을 허용하였다(EFSA, 2016;EU Commission, 2020) 반면, 티아클로프리드의 경우 내분비교란 우려물질로 최근에 는 EU에서는 사용 연장을 금하였다(EU Commission, 2020). 플루피라디퓨론은 Stemona japonica에서 유래한 stemfoline 구조를 기초하여 새로운 구조로 뷰텐놀라이트(butenolides)계 통이다(Nauen et al., 2015). 그러나, 플루피라디퓨론 역시 니코 티노이드 계열과 동일하게 니코딘 아세틸콜린 수용체와 경쟁 적으로 작용하는 기작을 통해 살충효과를 나타내는 성분이다 (Bell et al., 2020). 현재 소나무재선충 매개충의 항공방제 약제 로 등록된 약제는 대부분 네오니코티노이드 계통이거나, 니코 딘 아세틸콜린 수용체의 길항제이다. 이는 네오니코티노이드 계통의 꿀벌 위해성과, 동일 작용기작 약제의 반복사용으로 인 한 저항성 발현 가능성이 있기에, 소나무재선충 매개충의 약제 의 종류를 확대할 필요가 있을 것으로 판단된다. 이를 위해 향 후 약해나 주변 비산문제를 고려한 다양한 실증 시험이 필요할 것이며, 이에 따른 무인헬리콥터 방제제등록시험의 가이드 라 인 설정이 필수적이라고 판단된다.