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작물 병해충․잡초 종합관리를 위한 소재개발
정 영 호(한국농수산대학 특용작물학과 초빙교수)
서 론
세계 제 2차 대전 이후 전세계적으로 농업정책이 배고픔을 극복하기 위한 증산위주로 추진되었다. 따라서 농업생산성 향상에 가장 큰 저해요인의 하나인 병해충·잡초를 방제하기 위한 수단으로 우수한 농약의 개발, 보급이 불가피하였으며, 이를 계기로 농업생산기술의 발전과 농업생산성의 획기적인 향상으로 현재와 같은 식탁의 풍요를 누릴 수 있게 되었다. 이러한 과정에서 일부 농민들이 농약의 적정사용을 무시한 오·남용을 유발하게 되어, 오늘과 같이 농약이 환경오염의 주요 원인물질로 인식되게 하였으며, 농약을 사용하여 생산된 농산물의 안전성에대한 우려마저 불러오게 되었다. 이러한 사례는 우리 나라뿐만 아니라 전세계적인 추세로, 환경오염문제가 국제적인 관심사로 쟁점화됨에 따라, 인류의 먹거리를 제공하는 농업도 생산성 향상 위주의 농업에서 환경친화적 농업으로 전환이 불가피하게 되었다. 우리 나라에서도 1997년 12월에 환경농업육성법을 제정, 공포하고, 최근에는 친환경농업 육성 5개년 계획 수립하여 화학농약의 사용량을 2005년까지 원제(원제) 기준으로 30%를 감소시키는 방향으로 정책을 추진하고 있다. 친환경농업이란 “농약의 안전사용기준 준수, 작물별 시비기준량 준수, 적절한 가축사료첨가제의 사용 등 화학자재 사용을 적정수준으로 유지하고, 축산분뇨의 적절한 처리 및 재활용 등을 통하여 환경을 보전하고 안전한 농축임산물을 생산하는 농업을 말한다” 라고 친환경농업육성법은 제2조에서 정의하고 있어 친환경농업에서도 농약의 사용을 허용하고 있으며, 농약의 안전사용기준을 준수하여 생산한 농산물은 친환경농산물임을 분명히해두고 있다. 전세계 각국에서 추진하고 있는 환경농업의 근본 취지와 마찬가지로, 친환경농업도 농업 본래의 목적인 생산성과 경제성을 희생시켜가면서까지 환경친화성과 지속성을 추구할 수는 없을 것이며, 지속농업은 농업의 친환경성이나 안전성 보다는 농업의 생산성을 우위에 두어야 가능할 것이다. 현재 재배중인 농작물은 야생의 농작물을 인류가 필요로 하는 부분만 이상 발달시켜 살아있는 생물로서의 균형을 잃고, 많은 비료를 요구하며 병해충에 침범당하기 쉽고, 또한 기상재해에도 약한 기형적인 인공적 식물로 변질되어 있으므로, 사람에 의해서 충분한 양분공급, 병해충·잡초로부터 보호, 기상과 토양 등 환경스트레스의 완화 없이는 농작물이 생육할 수 없다는 것은 누구도 부인할 수 없는 사실이다. 이러한 맥락에서 미국 Hudson Ins 또한, 정은 1970년에 농경지 ha당 부양인구가 14명이던 것이 1994년에는 22명으로 증가하였으며, 농민 1인당부양인구도 1970년에 2.2명이던 것이 1994년에는 9.6명으로 증가하는 추세로, 현재의 농업기술로서는 앞으로 증가하는 인구의 부양이 어려우므로 단위면적당 농업생산성을 더욱 증대시키고 노동효율을 극대화시킬 수 있는농업기술을 개발하지 않으면 안된다고 주장하였다. 따라서 친환경농업육성법에서 정의한 진정한 친환경농업을 추구하기 위해서는 저독, 안전성 농약을 지속적으로 개발, 보급하는 것은 필수적이다. 본고에서는 병해충·잡초를 효율적으로 방제하고 환경보전을 위하여 화학농약의 안전사용과 이들 농약과 조화를 이룰 수 있는 친환경 작물보호제의 소재 개발현황과 앞으로의 전망에 대해서 소개하고저 한다.
Ⅰ. 친환경 작물보호제의 개발
환경에 스트레스가 적은 작물보호제로서는 친환경농업육성법 시행규칙의 별표1에서와 같이 제충국, 동·식물유지 등의 동·식물 소재와 광물질 및 미생물 소재가 이용될 수 있고, 기타 비눗물, 성유인물질 등의 소재가 병해충관리를 위하여 사용이 가능한 자재로 규정하고 있다. 그러나 이들 자재들만으로 친환경농업을 달성할 수 없을 것이며, 특히 데리스에서 추출된 천연물질은 어독성이 매우 강한 성분을 포함하고 있어 친환경 작물보호제로서는사용할 수 없으므로 시행규칙의 별표 1은 재검토되어야 할 것이다.
현재 환경스트레스가 적은 작물보호제로 개발 가능한 소재로서는 첫째, 식물병해 관리제로서는 미생물을 소재로 한 길항미생물, 중복기생균과 미생물이 분비하는 항생물질과 항균성 물질이 있으며 그외 숙주인 작물이 병해에 대하여 저항성을 유도하는 유도저항성 물질, 환경 및 농작물에 잔류성의 우려가 없는 아인산염(亞燐酸鹽)등이실용화 내지 실용화 단계에 있다. 둘째, 해충 관리제로서는 천적 곤충 및 미생물과 해충의 성페로몬, 기피제, 유살등, 광(황색형광등), 그린음악등다양한 소재가 소개되고 있으며, 셋째, 잡초 관리제로서는 잡초에만 선택적으로 작용하는 식물병원균, 알레로파시, 멀칭 등이 실용 가능한 소재로 연구가 추진되고 있다. 이와 같이 병해충·잡초의 친환경적 방제를 위한 여러 가지 소재들 중에서 앞으로 우리 나라의 친환경농업의 조기정착에 도움이 되기를 바라면서 국내에서 실용화가능성이 큰 몇몇 주요 소재를 소개하고자 한다.
표 1. 식물병해 관리용 미생물농약의 실용화 현황
1. 식물병해 관리제
가. 미생물제 식물병해를 관리하기 위한 친환경 자재, 즉 미생물제의 개발 연구는 전세계적으로 1970년대부터 수행되어 왔다. 특히 최근 사회적인 환경 변화에 따라 세계적인 농약 및 생물산업 관련 기업에서도 미생물을 이용한 생물농약 개발연구를 활발하게 추진중에 있어, 외국에서는 표 1에서 보는바와 같이 Galltrol-A, Ditera, Mycostop 등 많은 제제가 이미 생물농약으로 상품화되어 시판되고 있으며, 새로운 생물농약 개발을 위하여 많은 미생물 소재를대상으로 연구중인 것으로 알려져 있다.
표 2. 국내 미생물농약 개발연구 현황
국내에서도 1990년에 인삼의 뿌리썩음병 방제를 위한 미생물제제를 개발하여 “바이코나”라는 이름으로 사용되고 있으며, 그 이후 농업과학기술원이 주축이 되어 고추역병, 채소 잘록병, 오이의 흰가루병 및 탄저병, 감자더뎅이병 등 주로 원예작물 병해 방제를 위한 미생물제의 개발이 국공립연구소,대학 등에서 활발히 추진되어 표2에서와 같이 10종의 미생물제가 실용화되어 있으며, 또한 실용화를 위하여 추진되고 있는 미생물도 다수 알려지고 있다.
미생물을 이용한 식물병해 관리제는 주로 토양병해 방제용으로 개발되어 있으므로 이들 미생물제의 효과는 토양수분, 온도 등 환경조건에 따라서변동이 심한 문제점이 있으나, 길항미생물과 중복기생균의 실용화 예를 보면다음과 같다.
□ 길항미생물 농업과학기술원에서 개발한 AC-1은 역병균에 길항하는 세균의 일종으로 시설재배 고추역병에 대하여 전문약제인 메타실동수화제에 못지않는 방제효과를 보여 현재 특허탄 등의 상표명으로 시판되고 있다.
□ 중복기생균 농업과학기술원과 고려대학교가 공동으로 개발한 곰팡이의 일종인 A. quisqualis AQ94013은 중복기생균으로오이의 흰가루병에 기생하여 높은 방제효과를 보여 “그린올”이라는 상표명으로 실용화되어 있다.
나. 숙주 저항성 유도물질 살칠산 등의 무기화합물 및 수은제 농약은 숙주인 작물이 식물병원균에 저항성을 갖게 함으로써 병해 유발을억제하는 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 1999년 농업과학기술원에서 작물의 군권(根圈)에 서식하는 유용미 생물인 Bacillus polymyxa가 분비하는 EXTN-1이 작물에 저항성을 유도하여 병해를 억제하는 작용을 발견하여, 현재 산업체와 공동으로 실용화를 위한 제제화 연구가 추진되고 있다.
다. 아인산염 아인산염은 식물체내 이동이 용이하여 약효지속기간이 길고 인축 및 어류에 독성의 우려가 없는 무기화합물로서, 각종 채소 및 과수의 역병에 탁월한 방제효과을 보일뿐만 아니라 노균병, 잘록병 및 오이 및 장미의 흰가루병 발생도 효과적으로 억제하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 아인산염은 특성상 양액투여, 토양관주, 살포, 수간주사 등 다양한 사용방법이 가능하므로 채소나 과수등에 다양한 방법으로 사용이 기능하며,현재 각종 작물의 역병 방제용으로 전국적으로 년간 약 100톤이 5～10만ha의 농경지에 사용되고 있으며, 현재 (주)대유 등 8개 회사에서 아인산을 주원료로 한 복합비료를 전국적으로 보급, 판매하고 있다.
2. 농업해충 관리제
가. 천적 곤충 천적 곤충을 이용한 해충방제는 방제대상 해충만을 선택적으로 가해하므로 농업생태계에 안전할 뿐만 아니고안전한 농산물을 생산할 수 있어 농가의 소득 증대에 기여할 것이며, 화학농약에서 문제가 되고 있는 저항성 해충의 발생 및 잠재해충의 주요 해충화에 대한 우려도 없다는 장점이 있다. 그러나, 화학농약에 비하여 효과가 늦으므로 해충이 돌발적으로 발생하는 경우에 대한 대처가 어렵고, 여러 가지 해충이 혼재(混在)할 경우에 다양한 천적이 필요하다는 단점이 있다. 그러므로 해충의 효율적 방제를 위해서는 화학농약과 천적 곤충을 잘 조화시켜 사용하여야 할 것이다. 천적곤충을 이용한 농업해충 방제 상황을 보면, 연구개발의 역사가 가장 오래된 국가인 영국은 1926년에 온실까루이좀벌을 생산하여 온실까루이 방제에 성공하였으며, 네덜란드는 천적 생산을 산업화한 시발점이 된 국가이다. 현재는 전세계적으로 천적 생산산업이 활발하게 확장되어 미국의 “생물적방제생산자협회(ANBP)”, 유럽의 “국제생물적방제자재생산협회(IBMA)”와 같은 협회까지 설립되어 천적의 개발연구에 노력하고 있다. 표 3은 미국과영국에서 실용화되고있는 천적 및 그 사용방법을 나타낸 것으로, 광활한 농경지를 가진 미국과 같이 노지재배에이용되는 천적과 시설재배가 많은 영국에서 이용되는 천적은 국내 농업환경내에서 이용이 가능할 것으로 생각되며, 이들 천적곤충의 도입, 이용도 고려해 볼 필요가 있다.
표 3. 미국과 유럽에서 판매되고 있는 주요 천적
국내에서는 1930년대에 사과면충 방제를 위하여 사과면충좀벌을 도입하여 이용한 것이 처음이며, 1976년 감귤의 루비붉은좀벌 방제를 위하여 일본에서 도입한 루비붉은깡충좀벌을 이용한 것이 천적곤충을 이용하여 해충방제에 성공한 최초의 예이다.
표 4. 국내 천적곤충 사육 및 실용화 현황
천적을 대량으로 증식하여 해충방제에 사용하고자 한 연구는 1996년부터 농업과학기술원에서 처음 시도되었다. 농업과학기술원에서는 시설재배에서 문제가 되는 점박이응애, 온실가루이, 진딧물, 총채벌레의 천적을 대량증식할 수 있는 기술과 실용화에 대한 기술을 개발하고 있다. 국내 천적의 개발연구 역사는 일천하나, 최근 환경에 대한 관심이 고조되면서 빠른 속도로 발전하여 농촌진흥청 산하 각 작목시험장과도 농업기술원 및 기술센터가
□ 칠레이리응애 칠레이리응애(Phytoseiulus persimilis)는 지중해 원산으로 칠레에서 독일로 수입된 묘목에서 1958년 발견된 것으로 시설재배 딸기, 수박, 오이, 고추, 가지 등 많은 작물에 발생하는 문제 해충인 점박이응애 등 잎응애에 우수한 천적으로 전세계적으로 널리 사용되는 천적이다. 칠레이리응애의 유충은 점박이응애를 포식하지 못하나, 성충은 모든 충태의 잎응애를 포식하나 그중에서도알을 가장 많이 포식하여 하루에 약 30개의 알을 포식한다. 실제, 딸기 재배포장에서의 칠레이리응애 방사에 의하여 점박이응애의 밀도를 현저히 낮은 상태로 유지할 수있었으며, 포장내 점박이응애의 밀도가 높은 경우에는 천적곤충만으로는 효율적인 방제가 불가능하므로, 천적접종전에 농약으로 어느 정도의 밀도를 유지시킨 후에 천적을 방사하는 것이 효율적이다.
□ 콜레마니진디벌 콜레마니진디벌(Aphidius colemani)은 인도지방이 원산지로 외국에서는 이미 상업화된 천적으로 기주 범위가 넓어 대부분의 진딧물(복숭아혹진딧물, 목화진딧물 등 약 41종)에 기생하는 것으로 기록되어 있다. 비닐하우스내 목화진딧물에 대한 콜레마니진디벌의 기생정도는 재배작물에 따라 약간의 차이는 있으나 수박및 고추에서 각각 73.3% 및 92.0%로서 매우 높은 개생율을 보여 우수한 방제효과를 보였다.
등검은황록장님노린재(Cyrtorhinus lividipennis Reuter)는 노린제목의 장님노린재과에 속하는 곤충으로 멸구, 매미충의 알과 어린 약충을 흡즙하는 천적곤충이다. 등검은황록장님노린재는 인도 등 열대지방이 원산지로멸구 및 매미충의 천적으로 유망한 곤충으로 알려져 있으나 아직까지 실용화되지 못하고 있다. 등검은황록장님노린재는 암컷이 수컷보다 멸구류 및 매미충 포식량이 많고 멸구류중에서 벼멸구 알의 포식량이 가장 많아 기주선호성의 포식특성이 있다.
표 5. 곰팡이 살충제의 종류
나. 천적 미생물 꿀벌과 누에에 곰팡이의 감염이 해충방제에 곤충병원성 미생물 이용연구의 효시가 되었다. 병원균의 감염으로죽은 사충체로부터 자실체를 형성하는 동충하초와 같이 곤충병원성 곰팡이는 사람에게 유익한 미생물이다. 국내에서는 배추좀나방, 온실까루이 등의 농업해충 방제용 미생물살충제 개발을 목표로 농업과학기술원, 고려대학교를 중심으로 우수균주를 선발하기 위하여 토착균주의 수집, 균주의 개량, 대량생산 및 제제화 연구를 수행중에 있다.또한 임업연구원과 한국생명공학연구소를 중심으로 솔잎혹파리 등 임업해충에 백강균을 이용한 방제가 시도되고 있다. 농업과학기술원과 고려대학교의 공동연구로 선발된 백강균(B. bassiana CS-1)은 포장에서 백강균 포자현탁액의 1회 처리로 7일후에 방제가가 60.6%로, 온실시험에서 보다는 다소 효과 떨어지나 매우 높은 방제효과를 보여, 미생물살충제 개발소재로 이용가능성이 높다.
다. 성페로몬 페로몬(Pheromone)이란 어원은 희랍어의 Pherein(운반하다)과 Horman(흥분시키다)의 합성어로, 곤충이 극소량 분비하여 종 상호간에 정보교환에 이용되는 물질이다. 페로몬에는 성페로몬, 집합페로몬, 경보페로몬 등여러 가지가 있으나 작물보호용으로 이용가능성이 있는 것은 성페로몬이다. 대부분의 곤충은 암컷과 수컷의 양성으로 되어 있어 짝짓기을 위한 정보물질이다.이러한 성페로몬의 특성을 이용하여 작물보호에 필요한 해충의 예찰과 방제에 이용하려는 연구가 추진되어, 표 6에서 보는 바와 같이 성페로몬을 이용한 해충의 예찰은 현재 보편화되어 있으며, 방제기술도 일부 실용화되고 있다. 성페로몬에 의한 해충방제는 주로 교미교란 또는 대량유살에 의하는 것으로 배추좀나방 및 파밤나방의 교미교란 효과는 각각 96.2% 및 98.9%로 차세대 해충의 밀도를 효과적으로 억제할 수 있다. 한편, 성페로몬을 이용한파밤나방의 대량유살에 의한 방제효과는 71～83% 의 방제가를 보여 친환경적 해충방제제의 소재로 이용되고있다. 그러나, 성페로몬은 광, 기온, 강우 등 환경요인 및 해충의 생육상태에 따라 효과 변동이 크고, 페로몬자체의 가격이 고가이므로 실용화에 어려움이 있다.
표 6. 과수원에서 성페로몬 이용현황(‘99. 대구사과연)
3. 잡초 관리제
가. 식물병원미생물 국내 미생물제초제의 개발은 국가연구기관과 대학에서 주요한 잡초에 대한 식물병원균 개발을 위하여 연구를추진중(표7의 굵은 글씨)에 있으나, 현재까지 개발 가능한 병원균이 선발되지 못하고 있다. 외국에서는 표7에서보는 바와 같이 10여종 이상의 미생물제초제가 개발되어 상품화되고 있어, 국내에서도 앞으로 미생물제초제의개발을 기대되고 있다.
나. 알레로파시 알레로파시를 이용한 잡초방제연구는 알레로파시의 특성을 지닌 식물 또는 작물의 탐색과 아울러 이들에 대한알레로파시 유발화학물질을 분리·동정하여 이를 새로운 제초제의 소재로 이용하고자 하는 연구가 전세계적으로이루어지고 있으나 현재까지 제초제의 소재로서 실용화된 알레로파시 작물 및 화학물질은 없다. 그러나 현재 재배되고 있는 청명벼가 기존의 알레로파시 효과가 인정되어 있는 AUS196보다 피의 근장을 크게 억제시키는 효과가 인정되고 있어 앞으로 친환경 잡초관리제로 알레로파시 작물의 개발이 기대된다.
표 7. 잡초 방제용 식물병원미생물 개발연구 현황
※ 진한글씨는 국내 연구중인 병원 미생물
Ⅱ. 친환경작물보호제 개발의 문제점 및 활성화 방안
농산물의 생산성을 향상시키면서 안전한 농산물에 대한 소비자의 욕구 및 쾌적한 환경보전을 위해서 친환경농업의 추진은 불가피한 실정이다. 그러나, 화학농약을 완전히 배제한 친환경작물보호 자재만으로 농업생산에주요저해요인인 병해충·잡초의 효율적 방제는 불가능하다. 따라서 친환경농업은 저독·안전한 농약의 지속적인개발,보급과 이들 농약의 안전사용기준을 철저히 준수하고, 화학농약을 보완할 친환경적인 작물보호제 개발을활성화해야 할 것이다. 친환경작물보호제 개발의 문제점으로는 기술적인 측면과 사회적인 측면 및 제도적인 측면으로 나누어 생각할수 있다. 첫째, 기술적인 측면으로는 친환경작물보호제 개발을 위해서는 후보물질의 스크리닝 및 상품화에 필요한 대량생산 및 제제화 기술, 생물활성시험, 환경 및 인축에 대한 안전성시험 등을 거처야 하나, 아직 국내에서는 이러한기술개발 및 시험방법의 확립이 미흡한 실정이다. 둘째, 사회적 측면으로는 정부의 친환경농업육성 추진으로 효과가 검정되지 않은 친환경자재들에 대한 불신과 효과가 늦게 나타나므로 농민들이 친환경작물보호제에 대한 확실한 신뢰를 갖지 못하고 있으므로 시장성에문제가 있다. 따라서 기업에서도 친환경작물보호제 개발에 부담을 가지고 있다는 것이다. 또한 친환경작물보호제 개발에는 미샐물학, 발효공학, 식물병리학, 농업해충학, 작물학 등 다양한 분야의 고급두뇌를 필요로 하나, 이분야에 연구인력이 부족하다는데 더욱 큰 문제가 있다. 셋째, 제도적 측면에서 친환경작물보호제의 개발, 실용화를 위해서는 등록에 필요한 기준, 품질관리기준 등이마련되어야 하나, 현재까지 미생물농약의 등록기준만 제정되어 있을 뿐 천적곤충, 성페로몬 등의 자재의 등록기준이 없어 친환경작물보호제의 실용화에 어려움이 있다.
따라서, 친환경작물보호제의 개발 및 이용 확대를 위하여, 농민은 효과가 검정된 친환경작물보호제와 화학농약의 조화있는 사용으로 안전한 먹거리를 생산하고 농업환경을 보전할 수 있는 친환경농업으로 전환하여야 할것이고,기업에서는 저독·안전성 농약의 개발을 지속화함과 동시에 친환경작물보호제 개발에 필요한 기술개발을 활성화하여야 할 것이다. 한편, 정부는 농민들이 믿고 사용할 수 있고, 기업이 개발의욕을 가질 수 있도록 친환경작물보호제의 등록기준 및 품질관리기준을 속히 제정하여야 할 것이다.
결 론
전세계적으로 환경에 대한 관심이 고조되면서 인류의 먹거리를 생산, 공급하는 농업에서도 환전보전적 친환경농업으로 국가 정책을 바꾸어 나가고 있는 현실이다. 그러나 친환경농업이 농업 원래의 목적인 생산성과 경제성을 배제하고 환경보전적 측면을 강조하면 지속농업은 불가능할 것이다. 즉, 친황경농업도 생산성을 우위에 두고 실천해야만이 농업이 지속 가능하다는 것이다. 그러므로 안전하고 저독성인 화학농약과 유용미생물, 천적 등 친환경적 농업자재를 잘 조화시켜 사용함으로서 환경생태계에 스트레스를 줄이고 안전한 농산물 생산을 지속할 수 있을 것이다. 따라서 농업생산자인 농민은 안전한 농산물 생산과 농업환경의 보전을 위하여 안전사용기준을 철저히 준수하여 농약을 사용하여야 할 것이고 농약생산 기업은 보다 안전한 화학농약의 개발은 물론이고 친환경작물보호제의개발에도 많은 투자가 있어야 할 것이다. 한편, 정부에서는 친환경작물보호제의 개발 촉진을 위해서 등록기준, 품질관리기준, 시험기준과 방법 등 법적제도적 장치를 조속히 마련하여 친환경 자재 개발이 활성화될 수 있도록 하여야 할 것이다.
참 고 문 헌
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