소나무재선충의 침입으로 시들음병을 유발하여 소나무류를 급격하게 고사시키는 소나무재선충병은 1988년 부산 금정산 을 시작으로 2020년 4월 기준 124개 시·군·구에서 발생하고 있 다. 소나무재선충병 피해를 줄이기 위해 연간 약 833억원(최근 3년 평균)이 투입되고 있는데, 소나무재선충병에 감염되어 고 사한 나무의 수는 감소하고 있지만, 피해 면적은 줄어들고 있지 않고 있다. 피해 면적은 고사목 중심 반경 2 km를 대상으로 소 나무류 반출금지구역을 설정하게 되는데, 2020년 7월 기준 약 3,295천 ha에 이르고 있다(KFS, 2020).

소나무재선충병의 피해를 줄이기 위해서는 소나무재선충을 매개하는 솔수염하늘소와 북방수염하늘소의 발생 조사와 방제 가 핵심이라 할 수 있다(Jung et al., 2018). 우화상에 매개충이 산란한 나무를 두고 우화상황을 조사하는 방법이나 집합-성 페 로몬을 이용한 야외 성충 발생 조사는 소나무재선충병 매개충 이 언제 활동하는지를 확인하는데 있어 매우 유용한 방법이다. 이러한 방법을 통해 얻은 매개충 활동 시기에 대한 정보는 유인 항공기 등을 이용한 살충제의 살포 시기 및 소나무재선충병 감 염 고사목을 제거하는 시기를 결정하는데 활용되고 있다. 유인 항공기 등을 이용한 살충제 살포는 통상적으로 북방수염하늘 소가 출현하는 4월 하순부터 시작하여 8월 하순 중에 2 ~ 3회 시행하고 있으며, 고사목의 제거는 매개충의 2종의 활동이 완 전히 종료되는 11월부터 이듬해 3월(북방수염하늘소) 혹은 4 월(솔수염하늘소)까지 집중적으로 이뤄지고 있다.

북방수염하늘소는 주로 우리나라의 중부지방을 중심으로 활동하는 것으로 알려져 있으며(Kwon et al., 2006), 봄철 기온 에 따라 달라지긴 하지만 4월 중·하순 ~ 5월 초순부터 성충이 우화하기 시작하여 5월 중순경 우화 최성기를 보인다(Jung et al., 2015;NIFoS, 2019). 이후에는 임내 환경이나 개체군 밀도 에 따라 우화 종료 시점이 달라지는데, 소나무림 또는 잣나무림 내에서 북방수염하늘소 성충의 활동시기는 통상적으로 5월 초 순부터 6월 중순까지이나 환경에 따라 8월까지도 활동한다 (Jung et al., 2020). 북방수염하늘소와 같은 Monochamus속 성 충의 임내 활동은 모노카몰을 기본으로 하는 집합-성 페로몬을 이용하여 조사할 수 있지만(Pajares et al., 2010;Lee et al., 2017, 2018), 전국을 대상으로 조사가 수행되고 있지는 않고 있다. 다 만, 북방수염하늘소와 솔수염하늘소에 대해서 전국 9개 도의 산림환경연구기관에서 우화상을 이용하여 두 종의 우화 상황 을 조사하여 성충의 발생 시기를 확인하고 있다(NIFoS, 2019). 우화상에서의 성충 발생 시기만을 조사하는 이유는 야외 조사 의 어려운 측면에 더해서, 우화상에서 성충의 발생 정보를 안다 면 야외 발생 상황도 추정할 수 있기 때문이라 할 수 있다.

그러나 우화상에서의 우화 시기와 야외에서의 집합-성 페로 몬트랩에 유인 포획 효율에 대해서는 명확하게 알려진 바가 없 다. 보통 Monochamus속에 속하는 종들의 후식(maturation feeding) 기간은 종에 따라 다른데, 솔수염하늘소 30일(Mamiya and Enda, 1972), M. galloprovincialis는 평균 20.4일(Naves et al., 2006), M. carolinensis는 평균 9.3일(Walsh and Linit, 1985) 로 보고되어 있으며, 북방수염하늘소는 25°C에서 평균 9.8일 (Nakayama et al, 1998)인 것으로 알려져 있다. 한편, 다수의 연 구(Pajares et al., 2010;Lee et al., 2017, 2018)에서 우화 후 14일 을 성적으로 성숙한 시점으로 산정하여 집합-성 페로몬을 동정 하고 있는데, 이는 성충으로 우화 후 집합-성 페로몬에 유인되려 면 성적 성숙 및 이동을 위한 에너지원 축적이 선행되어야 하기 때문(Etxebeste et al., 2016)으로 여겨지고 있다. 그러나 아직까 지 야외에서 집합-성 페로몬 트랩의 포획 효율과 성적 성숙의 연 관성에 대해서는 조사된 바가 없다. 후식 기간이 집합-성 페로몬 트랩을 사용한 야외 포획 시기에 영향을 주지 않는다고 가정한 다면, 우화상에서의 성충 발생 시기와 실제 야외에서 포획되는 시기는 차이가 없을 것이고, 집합-성 페로몬 트랩을 이용한 매개 충 포획은 매개충의 밀도를 줄이는 동시에 소나무재선충병의 확산 방지에도 도움이 될 수 있을 것이다. 그러나 우화상에서 성 충이 발생하는 시기와 실제 임내에서 포획되는 시기의 차이가 있다면, 이는 소나무재선충병의 확산을 억제하기 위한 측면에 서 집합-성 페로몬의 효과를 떨어트리는 원인이 될 수 있다. 즉, 소나무재선충을 보유한 매개충이 성충으로 우화한 뒤 집합-성 페로몬 트랩에 포획되지 않고 성적 성숙을 위한 섭식을 한다면, 소나무재선충을 건강한 소나무에 전파한 후에 집합-성 페로몬 트랩에 포획될 수 있음을 의미하기 때문이다.

따라서 본 연구는 소나무재선충을 매개하는 매개충 중 하나 인 북방수염하늘소 성충이 집합-성 페로몬 트랩에 유인되는 시 기를 명확하게 규명하기 위해 수행하였다. 또한 난황 성숙도 관 련 정보는 Monochamus속의 성충의 후식에 따른 성적 발육 상 태를 알 수 있는 지표가 될 수 있기 때문에, 집합-성 페로몬에 유 인된 개체의 난황 성숙도를 조사하여 집합-성 페로몬 트랩에 유 인되지 않은 개체와 비교하였다. 만일 집합-성 페로몬 트랩에 포획되지 않은 개체들의 난황 성숙이 진행되지 않았다면, 집합- 성 페로몬은 난황 성숙도와 밀접한 연관이 있을 것이다. 반대로 집합-성 페로몬 트랩에 포획되지 않은 개체들의 난황 성숙이 충 분히 진행된 상태라면, 집합-성 페로몬에 반응하기 위해서는 다른 조건들, 예를 들어 개체별 성향, 수컷과의 교미 등이 중요 하게 작용하였을 가능성이 있다.

재료 및 방법

공시목 및 실험곤충의 준비

강원도 홍천군 및 경기도 양평군 소재의 국유림 내 잣나무 숲가꾸기 산물(2016년 상반기 시행) 중 북방수염하늘소 유충 의 서식 흔적이 있는 잣나무 이목을 선정하였다. 선정된 잣나무 이목은 2017년 2월에 수집하여 국립산림과학원 홍릉시험림 내 우화망실로 이동 배치한 후, 5월부터 우화하는 암컷과 수컷 성 충을 매일 확인하여 포획하였다. 우화한 성충은 포획 즉시 개체 별로 분리하여 폴리프로필렌 재질의 사육통(SPL Life Sciences, 직경 120 mm, 높이 80 mm, 환기구멍 직경 40 mm)에 넣은 후, 잣나무 가지를 먹이와 물을 적신 탈지면을 제공하였다.

조사 방법

집합-성 페로몬 트랩을 이용한 유인포획률 조사를 위해서 북 방수염하늘소 성충은 후식 기간을 4단계(우화 직후, 후식 1일 차, 후식 7일차, 후식 10일 경과 후 교미)로 달리하여 준비하였 다. 모든 실험 곤충은 우화 직후부터 개별 사육을 하였다. 그러 나 후식 10일 경과 후 교미한 개체의 경우, 우화 후 10일차까지 개별로 사육하며 후식을 시키고 10일이 지난 시점에 암컷과 수 컷을 1쌍씩 합사하여 교미 행동을 확인하였다. 각 후식 기간별 로 성충 20개체(♀:♂=10:10)를 방사하여 4반복 실험하였으 며, 총 320개체의 북방수염하늘소 성충을 대상으로 유인포획 률을 조사하였다.

국립산림과학원 홍릉시험림 내 소형 우화망실(가로 500 ㎝ × 세로 500 ㎝ × 높이 1750 ㎝, 중앙부 최고높이는 2800 ㎝)에 유인제를 매단 다중깔때기트랩과 유인제를 매달지 않은 다중 깔때기 트랩을 각각 1개씩 배치하였다. 각 트랩의 위치에 따라 북방수염하늘소의 유인 포획률이 달라질 가능성을 고려하여 반복별로 트랩의 배치는 다르게 하였다(Fig. 1). 트랩을 배치한 후 후식 기간별 준비한 북방수염하늘소 성충을 우화망실에 방 사하였고, 1일 후 트랩을 확인하여 유인 포획률을 조사하였다. 각 실험이 종료되면 유인 포획되었거나 포획되지 않은 개체 모 두 채집하여 실험실로 운반한 후 암컷의 경우 해부하여 난황 성 숙 상태 및 성숙한 알의 수를 조사하였다.

집합-성 페로몬 트랩으로는 검은색의 다중깔때기 트랩(KIP, Daejeon, Korea)을 사용하였고, 유인제로는 모노카몰(monochamol), 알파피넨(α-pinene), 에탄올(EtOH)(KIP, Daejeon, Korea) 을 사용하였다.

자료 분석

집합-성 페로몬의 유무, 우화 후 후식기간별, 그리고 성별에 따른 유인 포획률의 차이를 비교 분석하였다. 유인 포획률은 다 중깔때기 트랩에 포획된 개체를 각각의 실험에 투입한 총 개체 수인 20개체(♀:♂=10:10)로 나누어 계산하였다. 유인 포획률 자료는 이항분포를 따르고, 각각의 고정효과에 대해 여러 임의 효과가 존재하기 때문에 일반화된 선형혼합모형(GLMMs, generalized linear mixed models)을 적용하여 통계 분석을 수 행하였다. GLMMs을 이용한 유인 포획률의 비교를 위해서 고 정 효과와 임의 효과를 다음과 같이 구분하였다. 먼저 집합-성 페로몬의 유무에 따른 유인 포획률 비교 시에는 우화 후 후식기 간, 성, 그리고 반복을 임의 효과로 적용하였다. 그리고 우화 후 후식기간에 따른 유인 포획률 비교 시에는 집합-성 페로몬의 유 무, 성, 그리고 반복을 임의 효과로 적용하였다. 마지막으로 성 별에 따른 유인 포획률 비교 시에는 집합-성 페로몬의 유무, 우 화 후 후식기간, 그리고 반복을 임의 효과로 적용하였다. 각각 의 실험 종료 후 다중깔때기 트랩에 포획된 암컷과 포획되지 않 은 암컷을 해부하여 얻은 성숙한 난황의 수를 t검정법을 이용하 여 비교하였다.

통계분석을 위해서 오픈소스 프로그램인 R v3.3.3(R Core Team, 2017)을 이용하였으며, 라이브러리로는 car, MASS 및 lme4를 이용하여 GLMMs 분석을 수행하였고, 다중비교가 필 요한 경우에는 lmerTest와 multcompView를 이용하여 분석을 수행하였다. 난황의 수를 비교하기 위해서 ‘t.test’ 명령어를 이 용하여 t검정을 수행하였다.

결 과

집합-성 페로몬 유무 및 후식기간에 따른 유인 포획률 차이

집합-성 페로몬의 유무에 따른 유인 포획률은 집합-성 페로몬 유인제가 설치된 다중깔때기 트랩에서 유의미하게 높았다(χ² = 15.60, d.f. = 1, P < 0.001)(Fig. 2a). 우화 후 후식기간에 따른 차 이의 경우, 우화 후 7일 동안 섭식한 개체들의 유인 포획률이 가 장 높았고 교미 후에는 유인 포획률이 급격히 낮아지는 경향이 었는데, 집합-성 페로몬의 유무에 따른 유인 포획되는 개체의 비 율은 차이가 있었으나 경향은 유사하였다(Fig. 2b). 그러나 집합 -성 페로몬이 있는 경우에만 후식 7일차 개체군의 유인 포획률 만 통계적으로 유의미한 차이를 보였고(χ² = 21.48, d.f. = 3, P < 0.001), 집합-성 페로몬이 없는 경우에는 후식기간에 따른 유인 포획률의 차이는 없었다(χ² = 4.38, d.f. = 3, P < 0.224).

유인 포획률의 성별 차이

성별에 따른 유인 포획률의 경우, 암컷(27개체)이 수컷(21개 체)에 비해 많이 포획되긴 하였으나, 암컷과 수컷 간의 유인 포획 률 차이는 없는 것으로 확인되었다. 집합-성 페로몬 유무에 따라 비교하였을 때, 암컷과 수컷 모두 집합페로몬 트랩에 유인되는 경 향이었으나, 집합-성 페로몬이 있는 경우에 암컷이 수컷보다 통 계적으로 유의미하게 많이 포획되었고(χ² = 5343.80, d.f. = 1, P < 0.001), 집합-성 페로몬이 없는 경우에는 성별에 따른 차이는 없 었다(χ² = 0.96, d.f. = 1, P < 0.327)(Fig. 3a).

우화 직후에는 성별과 집합-성 페로몬 유무에 관계없이 트랩 에 유인되는 개체는 없었으며, 후식 1일차에는 소수의 암컷과 수컷만이 유인 포획되었다. 후식 7일차에는 집합-성 페로몬이 있는 경우 암컷 41.9%, 수컷 25.0%가 유인되어 유인포획률이 급격하게 증가하였으나 암컷의 경우에만 통계적 유의성을 보 였다(암컷, χ² = 17.08, d.f. = 3, P < 0.001; 수컷, χ² = 5.94, d.f. = 3, P < 0.115)(Fig. 3b). 집합-성 페로몬이 없는 경우에는 암컷 13.8%, 수컷 5.0%로 암컷과 수컷 모두 후식 기간에 따른 유인 포획률 차이는 없었다(암컷, χ² = 4.12, d.f. = 3, P < 0.249; 수컷, χ² = 0.00, d.f. = 3, P = 1.000)(Fig. 3c).

후식 기간에 따른 성적 성숙 변화

후식 기간별 북방수염하늘소 암컷 성충의 성적 성숙 여부를 확인하기 위하여 포획 및 미포획된 개체를 해부하여 비교한 결 과, 우화 직후와 후식 1일차에는 모든 개체에서 난황이 미성숙 한 상태였으나, 후식 7일차와 교미 후에는 모든 개체에서 성숙 한 난황을 확인할 수 있었다(Fig. 4). 후식 7일차에는 6.3 ± 4.55 (평균±표준편차)개, 후식 10일차에는 8.3 ± 5.31개의 성숙한 난 황이 확인되었는데, 트랩에 포획되지 않은 후식 7일차와 10일 차 개체들도 각각 4.2 ± 3.96개와 6.6 ± 4.89개의 성숙한 난황이 발견되었다. 후식 7일차와 10일차 모두, 트랩에 포획된 개체의 평균 난황의 수가 많았지만, 트랩에 포획 여부에 따른 난황의 수는 통계적으로 차이가 없었다(t-test: 후식 7일차, t = -1.4176, P < 0.1677; 후식 10일차, t = -0.5039, P < 0.6446).

고 찰

집합-성 페로몬에 대한 우화 후 시기별 반응

본 연구 결과, 북방수염하늘소 성충은 우화 후 1주일 정도가 지 난 시점에서 성적으로 성숙하고, 이들이 집합-성 페로몬에 더 많 이 유인되어 트랩에 포획되는 경향이 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 북방수염하늘소가 우화 후 집합-성 페로몬에 유인되려면 성적 성숙 및 이동을 위한 에너지원 축적이 선행되어야 한다는 가 정(Etxebeste et al., 2016)을 뒷받침하는 것이라 판단된다.

일반적으로 Monochamus속에 속하는 종들의 후식기간은 9 ~ 30일 정도로 알려져 있지만(Mamiya and Enda, 1972;Walsh and Linit, 1985;Nakayama et al, 1998;Naves et al., 2006), 본 연구 결과 북방수염하늘소는 1주일이면 난황이 발달하여 집합- 성 페로몬에 유인 포획되는 것이 확인되었다. 앞선 연구 (Nakayama et al, 1998)에서는 25°C에서 9.8일이면 성숙한다 고 보고되어 있는데, 이는 집합-성 페로몬 트랩을 이용한 것이 아니기 때문에 본 연구와는 차이가 있다. 따라서 본 연구를 통 해 우화상에서 관찰되는 북방수염하늘소의 우화 시기와 야외 에서 집합-성 페로몬 트랩에 유인 포획되는 시기의 차이가 나타 나는 이유를 설명할 수 있다고 생각된다. 또한 이러한 결과는 북방수염하늘소 등 매개충 2종을 포획하는데 있어 집합-성 페 로몬 트랩을 사용하는 것은 북방수염하늘소의 우화 초기 소나 무재선충병 확산을 억제하는데 한계가 있음을 시사한다.

북방수염하늘소가 우화 후 1주일이 지난 시점에 집합-성 페 로몬 트랩에 유인·포획되는 것은 이들의 생태와도 관련이 높은 것으로 생각된다. 북방수염하늘소에 대한 비행능력은 성충으 로 우화한 직후에 거의 없는 것으로 보여지며 3 ~ 4일 정도가 경 과하면 비행하기 시작하여 1주일이 경과하는 시점에 급증한 후 유지되는 경향을 보인다(Kwon et al., 2018). 이는 북방수염하 늘소가 비행하기 위해서는 후식을 통한 에너지원 확보가 매우 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있다. 즉, 소나무재선충을 보 유한 북방수염하늘소가 비행과 성적 성숙을 위한 후식 과정이 선행되어야 이들이 집합-성 페로몬 트랩에 유인 포획된다는 의 미이므로 후식 과정에서 전파되는 소나무재선충을 막기는 어 렵다고 판단된다. 솔수염하늘소의 경우, 소나무재선충이 주로 이탈하는 시기를 우화 후 10 ~ 40일(Togashi, 1985) 또는 2 ~ 6 주 사이(Kim et al., 2009)인 것으로 보고된 바 있다. 그러나 북 방수염하늘소의 경우에는 우화 후 1주일차에도 상대적으로 많 은 소나무재선충이 이탈하며(Kim et al., 2009), 유럽에 분포하 는 Monochamus galloprovincialis의 경우에도 우화 후 1주일 차부터 소나무재선충을 전파하기 시작하여 2 ~ 6주차 사이에 가장 활발하게 소나무재선충을 전파하는 것(Naves et al., 2007) 으로 보고되고 있다. 따라서 집합-성 페로몬 트랩에 유인되기 이전에 얼마나 많은 건전 소나무에 소나무재선충을 전파할 수 있을지에 대해서는 추가 검토가 필요하다. 또한 소나무재선충 을 매개한 이후라고 할지라도 북방수염하늘소 성충을 포획한 다는 것은 다음 세대의 증식을 억제할 수는 있기 때문에 차년도 에 발생할 북방수염하늘소의 밀도 억제에는 어느 정도 기여할 가능성은 있다.

집합-성 페로몬에 대한 성별 반응

북방수염하늘소를 대상으로 하는 집합-성 페로몬(monochamol + EtOH + α-pinene 조합)에 대한 암수간의 유인력은 차이 가 없다는 보고(Kim et al., 2016)와 암컷이 수컷에 비하여 2.54 배 더 많이 유인·포획된다는 보고(Lee et al., 2017)가 있다. 본 연구에서는 암컷과 수컷의 유인 포획률은 큰 차이가 없었다. 이 러한 차이는 야외 조건에서 이뤄진 선행 연구(Lee et al., 2017)와 준야외 조건인 본 연구의 환경적 차이점 때문에 발생했을 가능 성이 높다. 그리고 야외 실험에서는 모수를 알지 못하기 때문에 다른 방법(예, 조사대상지에서 하늘소 서식이 확인된 벌채목을 우화상 등으로 운반 후 우화하는 성충의 성비 조사)을 이용하여 암컷과 수컷의 성비를 추정할 수 밖에 없는데(Lee et al., 2017), 본 연구에서는 성비를 1:1로 고정하였기 때문에 포획률 결과도 다르게 나타났을 가능성이 있다. M. galloprovincialis의 경우 에도 집합-성 페로몬트랩에 포획된 성충의 성비가 비슷하다는 야외 연구결과(Rassati et al., 2012)가 있는데, 이는 종이나 유 인제 성분 등에 의한 차이일 수도 있어 추가 검증이 필요하다고 생각된다. 한편, 소규모의 우화상 내 유인제가 설치된 트랩은 1 개 뿐이었으므로 동일 트랩에 암컷 성충이 포획되면 수컷 성충 이 유인 포획될 가능성도 증가할 수 있으며, 트랩에 포획되기 전에 교미가 이뤄져 집합-성 페로몬트랩에 유인·포획되는 확률 이 달라졌을 가능성도 있다. 따라서 집합-성 페로몬의 효과 검 증과 함께 성별 유인력에 대한 측정을 하기 위해서는 보다 규모 가 큰 망실 내에서 매개충을 방사하여 포획되는 개체의 비율과 성별 포획률을 조사하는 것이 필요하다고 생각된다.

집합-성 페로몬 트랩의 활용방안

집합-성 페로몬의 사용방법과 포획 효율에 대해서는 다소 논 란이 있다. 먼저, 집합-성 페로몬 유인제를 설치한 트랩을 이용 하면 소나무재선충병 매개충인 북방수염하늘소와 솔수염하늘 소를 대량으로 포획할 수 있기 때문에 임내 밀도 저감과 성충 발 생 모니터링에 도움이 되고, 동시에 암컷 성충을 더 많이 유인 포 획할 수 있으므로 차세대 밀도 저감 효과도 있다는 주장이 있다 (Lee et al., 2017, 2018;Teale et al., 2018). 이에 반해 잣나무림 이나 소나무림 내 존재하는 북방수염하늘소와 솔수염하늘소의 밀도를 정확히 모르는 상태에서는 집합-성 페로몬 트랩의 유인· 포획률에 대해서는 정확하게 측정하기가 어렵다는 주장도 있다 (J. Kim and J.K. Jung’s personal communication). 야외 밀도 추 정을 위해서는 표지-방사-재포획법을 이용할 수 있는데, 표지 후 방사를 통한 야외 실험에서 북방수염하늘소의 재포획률이 매우 낮아(NIFoS, 2020) 집합-성 페로몬 트랩의 유인·포획률을 야외에서 평가하기에는 매우 어려운 측면이 있다. 따라서 규모 가 큰 망실에서 밀도를 조절하여 집합-성 페로몬 트랩의 포획 효 율을 조사할 필요가 있다. 또한 특정 시기(예, 우화 후 후식 기간 이 7일 정도 지난 시기)의 북방수염하늘소 성충이 많이 포획된 결과를 볼 때, 집합-성 페로몬 트랩은 북방수염하늘소 야외 발생 생태 조사나 교미 시기의 성충 밀도를 줄여 2세대 증가를 일부 억제하는 방법 등으로 활용이 가능하다고 판단된다.