시설내 대기 온도와 방울토마토 잎 온도가 온실가루이(Trialeurodes vaporariorum)개체군 발달에 미치는 영향 비교 Evaluation and Comparison of Effects of Air and Tomato Leaf Temperatures on the Population Dynamics of Greenhouse Whitefly (Trialeurodes vaporariorum) in Cherry Tomato Grown in Greenhouses원문보기
방울토마토(Lycopersicon esculentum cv. Koko) 재배 온실에 피해를 주는 온실가루이 개체군(Trialeurodes vaporariorum (Westwood))의 온도 발육 모형과 암컷 성충 산란 모형을 작성하여 시설 내 대기 중 온도와 미기상 온도인 잎 뒷면 온도를 적용한 DYMEX 프로그램(호주 CSIRO에서 개발한 미리 탑재된 모듈들을 사용하는 모의 실험 프로그램)으로 밀도 변동을 모의 실험하였다. 온도에 따라 상이한 발육 기간과 산란수를 각각 표준화시킨 발육 완료 분포 모형과 연령 특이적 산란수와 생존율을 비선형 회귀 모형에 적합시켜 밀도 변동 모의 실험을 하였다. 실제 줄내림 방식의 방울 토마토에서 토마토 식물체를 3위치(상단: 지상 1.6m 이상, 중단: 지상 0.9-1.2m 사이, 하단: 지상 0.3-0.5m 사이)로 나누어 각 위치별로 온실 내 대기 중 온도와 잎 뒷면 온도를 기록하였다. 온실 내 대기 중 온도와 잎 뒷면 온도간의 상관 관계를 비선형 회귀로 적합하여, 온실 내 미기상 온도 자료를 만들었다. 온실 내 미기상 온도 자료인 잎 뒷면 최대 온도는 대기 중 최대 온도보다 항상 낮게 유지되고 있었으며, 하단, 상단, 중단의 순으로 온도가 낮아지는 현상을 보였다. 모의 실험을 위한 시기와 초기 이입 밀도의 설정은 황색 점착 트랩을 이용하여 실제 온실에서 이입되는 시기(6월초)에 유인된 암컷 성충 10마리를 사용하였다. 온실 내 대기 중 온도 자료와 잎 뒷면 온도 자료를 각각 이용하여 온실가루이 유충의 발육 모형과 성충의 산란 모형을 DYMEX 프로그램으로 모의 실험하였다. 모의 실험 결과 검증을 위해 대기 중 온도와 잎뒷면 온도를 조사한 온실에서 토마토 식물체 3위치별, 각태별 온실가루이 밀도의 육안 조사도 실시하였다. 알의 경우 크기로 인해 육안 조사 대상에서 제외되었다. 육안 조사 결과와 육안 조사 시기의 DYMEX 모의 실험 결과값을 상관 분석하였다. 육안 조사 온실가루이 밀도와 잎 뒷면 온도를 이용한 모의 실험 결과 밀도가 모든 발육태에서 항상 양의 상관 관계를 보였다. 육안 조사 결과 밀도 변동 패턴도 방울토마토 잎 뒷면 온도를 이용한 모의 실험 결과 밀도 변동 패턴과 유사하였다. 본 연구 결과 방울토마토 온실에서 온실가루이 개체군 밀도 변동의 적절한 예측을 위해서는 잎 뒷면 온도를 고려해야 하는 것으로 나타났다.
방울토마토(Lycopersicon esculentum cv. Koko) 재배 온실에 피해를 주는 온실가루이 개체군(Trialeurodes vaporariorum (Westwood))의 온도 발육 모형과 암컷 성충 산란 모형을 작성하여 시설 내 대기 중 온도와 미기상 온도인 잎 뒷면 온도를 적용한 DYMEX 프로그램(호주 CSIRO에서 개발한 미리 탑재된 모듈들을 사용하는 모의 실험 프로그램)으로 밀도 변동을 모의 실험하였다. 온도에 따라 상이한 발육 기간과 산란수를 각각 표준화시킨 발육 완료 분포 모형과 연령 특이적 산란수와 생존율을 비선형 회귀 모형에 적합시켜 밀도 변동 모의 실험을 하였다. 실제 줄내림 방식의 방울 토마토에서 토마토 식물체를 3위치(상단: 지상 1.6m 이상, 중단: 지상 0.9-1.2m 사이, 하단: 지상 0.3-0.5m 사이)로 나누어 각 위치별로 온실 내 대기 중 온도와 잎 뒷면 온도를 기록하였다. 온실 내 대기 중 온도와 잎 뒷면 온도간의 상관 관계를 비선형 회귀로 적합하여, 온실 내 미기상 온도 자료를 만들었다. 온실 내 미기상 온도 자료인 잎 뒷면 최대 온도는 대기 중 최대 온도보다 항상 낮게 유지되고 있었으며, 하단, 상단, 중단의 순으로 온도가 낮아지는 현상을 보였다. 모의 실험을 위한 시기와 초기 이입 밀도의 설정은 황색 점착 트랩을 이용하여 실제 온실에서 이입되는 시기(6월초)에 유인된 암컷 성충 10마리를 사용하였다. 온실 내 대기 중 온도 자료와 잎 뒷면 온도 자료를 각각 이용하여 온실가루이 유충의 발육 모형과 성충의 산란 모형을 DYMEX 프로그램으로 모의 실험하였다. 모의 실험 결과 검증을 위해 대기 중 온도와 잎뒷면 온도를 조사한 온실에서 토마토 식물체 3위치별, 각태별 온실가루이 밀도의 육안 조사도 실시하였다. 알의 경우 크기로 인해 육안 조사 대상에서 제외되었다. 육안 조사 결과와 육안 조사 시기의 DYMEX 모의 실험 결과값을 상관 분석하였다. 육안 조사 온실가루이 밀도와 잎 뒷면 온도를 이용한 모의 실험 결과 밀도가 모든 발육태에서 항상 양의 상관 관계를 보였다. 육안 조사 결과 밀도 변동 패턴도 방울토마토 잎 뒷면 온도를 이용한 모의 실험 결과 밀도 변동 패턴과 유사하였다. 본 연구 결과 방울토마토 온실에서 온실가루이 개체군 밀도 변동의 적절한 예측을 위해서는 잎 뒷면 온도를 고려해야 하는 것으로 나타났다.
Population dynamics of greenhouse whitefly, Trialeurodes vaporariorum (Westwood), were modeled and simulated to compare the temperature effects of air and tomato leaf inside greenhouse using DYMEX model simulator (pre-programed module based simulation program developed by CSIRO, Australia). The DYME...
Population dynamics of greenhouse whitefly, Trialeurodes vaporariorum (Westwood), were modeled and simulated to compare the temperature effects of air and tomato leaf inside greenhouse using DYMEX model simulator (pre-programed module based simulation program developed by CSIRO, Australia). The DYMEX model simulator consisted of temperature dependent development and oviposition modules. The normalized cumulative frequency distributions of the developmental period for immature and oviposition frequency rate and survival rate for adult of greenhouse whitefly were fitted to two-parameter Weibull function. Leaf temperature on reversed side of cherry tomato leafs (Lycopersicon esculentum cv. Koko) was monitored according to three tomato plant positions (top, > 1.6 m above the ground level; middle, 0.9 - 1.2 m; bottom, 0.3 - 0.5 m) using an infrared temperature gun. Air temperature was monitored at same three positions using a Hobo self-contained temperature logger. The leaf temperatures from three plant positions were described as a function of the air temperatures with 3-parameter exponential and sigmoidal models. Data sets of observed air temperature and predicted leaf temperatures were prepared, and incorporated into the DYMEX simulator to compare the effects of air and leaf temperature on population dynamics of greenhouse whitefly. The number of greenhouse whitefly immatures was counted by visual inspection in three tomato plant positions to verify the performance of DYMEX simulation in cherry tomato greenhouse where air and leaf temperatures were monitored. The egg stage of greenhouse whitefly was not counted due to its small size. A significant positive correlation between the observed and the predicted numbers of immature and adults were found when the leaf temperatures were incorporated into DYMEX simulation, but no significant correlation was observed with the air temperatures. This study demonstrated that the population dynamics of greenhouse whitefly was affected greatly by the leaf temperatures, rather than air temperatures, and thus the leaf surface temperature should be considered for management of greenhouse whitefly in cherry tomato grown in greenhouses.
Population dynamics of greenhouse whitefly, Trialeurodes vaporariorum (Westwood), were modeled and simulated to compare the temperature effects of air and tomato leaf inside greenhouse using DYMEX model simulator (pre-programed module based simulation program developed by CSIRO, Australia). The DYMEX model simulator consisted of temperature dependent development and oviposition modules. The normalized cumulative frequency distributions of the developmental period for immature and oviposition frequency rate and survival rate for adult of greenhouse whitefly were fitted to two-parameter Weibull function. Leaf temperature on reversed side of cherry tomato leafs (Lycopersicon esculentum cv. Koko) was monitored according to three tomato plant positions (top, > 1.6 m above the ground level; middle, 0.9 - 1.2 m; bottom, 0.3 - 0.5 m) using an infrared temperature gun. Air temperature was monitored at same three positions using a Hobo self-contained temperature logger. The leaf temperatures from three plant positions were described as a function of the air temperatures with 3-parameter exponential and sigmoidal models. Data sets of observed air temperature and predicted leaf temperatures were prepared, and incorporated into the DYMEX simulator to compare the effects of air and leaf temperature on population dynamics of greenhouse whitefly. The number of greenhouse whitefly immatures was counted by visual inspection in three tomato plant positions to verify the performance of DYMEX simulation in cherry tomato greenhouse where air and leaf temperatures were monitored. The egg stage of greenhouse whitefly was not counted due to its small size. A significant positive correlation between the observed and the predicted numbers of immature and adults were found when the leaf temperatures were incorporated into DYMEX simulation, but no significant correlation was observed with the air temperatures. This study demonstrated that the population dynamics of greenhouse whitefly was affected greatly by the leaf temperatures, rather than air temperatures, and thus the leaf surface temperature should be considered for management of greenhouse whitefly in cherry tomato grown in greenhouses.
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문제 정의
본 연구는 온실에서 재배하고 있는 방울토마토에 피해를 주는 대표적인 해충인 온실가루이(greenhouse whitefly)의 온도 변화에 따른 밀도 증감 모형을 개발하고, 실제 줄내림 방식의 방울토마토 온실 내 대기 중 온도 자료와 방울토마토 식물체 내 위치별 서식 장소의 온도 자료를 이용하여 온실 내 온실가루이의 밀도 변동을 모의 실험하고, 비교 분석하여, 줄내림 방식을 사용하는 방울토마토에서 주요 해충인 온실가루이의 밀도를 정확히 추정할 수 있는 방법을 개발하여, 방제 전략 기초를 세우는데 그 목적이 있다.
가설 설정
온실의 총 10개 트랩에서 총 20마리의 온실가루이가 트랩에 유인되었으며, 온실가루이 성비를 고려하여 이입된 온실가루이의 암컷 성충은 10마리로 하였다. 모의 실험은 이입에 성공한 온실가루이 성충 10마리가 각알 10개(총 100개)를 산란한 후 사망하고 산란된 알 100개 모두 부화하는 경우를 가정하였다(Fig. 4).
제안 방법
개체군 밀도 변동과 관련한 발육 모형과 모형 계수는 본 실험실에서 선행 실험한 연구 결과를 이용하였고(MIFAFF, 2002), 선행된 연구 결과를 참고하였는데(Evert and Schutte, 1983; Osborne, 1982; Pravisani, 1981; van Roermund and van Lenteren, 1992; Weber, 1931), 만약 연구 결과가 상이한 경우에는 실험실에서 선행 실험한 연구 결과를 이용하였다. 두 가지 온도 조건(대기 중 온도; 잎 뒷면 온도)을 각각 이용하여 모의실험을 실시하였으며, 그 결과를 비교하였다. 본 모의 실험에서 대상 온실은 유기농 재배를 하므로, 농약의 살포와 같은 특별한 이벤트는 없는 것으로 하였다.
, 1983), 이들의 영향을 상쇄하기 위해 표본의 수를 늘여야 한다. 따라서, 대상 온실들의 방울토마토 수확 시기(2010년 6-8월)에 일주일에 한 번씩총 6주간 자료를 측정하였다. 측정 시간 단계는 일출에서 일몰까지를 5단계로 나누어 시간에 맞추어 온도를 관찰하였는데, 다음과 같다: 일출-오전 7시 사이(early morning), 오전 8시-10시 사이(morning), 오전 11시-오후 1시(near noon), 오후 2시 30분-4시 30분(afternoon), 그리고 오후 6시 30분 이후-일몰 전(before sunset).
, 2001). 따라서, 잎 뒷면 온도를 이용하는 경우 온실가루이 개체군의 온도-발육 모형을 구현하기 위해서 성충과 1-2령충은 상단, 3-4령충은 중단, 번데기는 하단에서 발육하는 것으로 하여, 모의실험을 실시하였다(Fig. 1). 모의 실험 결과와 육안 조사 결과의 비교를 위해 각 태별 육안 조사 결과와 공기중, 잎 뒷면 온도 조건에 따른 각 태별 모의 실험 결과와의 상관 관계를 알아보기 위해 SAS PROC CORR을 이용하여 상관 분석하였다(SAS Institute, 1995).
온실가루이의 온도 변화에 따른 밀도 변동 모형은 크게 미성충 시기 모형(immature stages; 알-유충-번데기)과 성충 시기 모형으로 나눌 수 있다. 먼저 미성충 시기의 각 태별 온도 발육 모형(식 1)과 그 결과 계수를 이용한 발육 최적 온도(식 2)를 계산하고, 이후 각 태별 사망률을 실험 자료를 이용하여 분석하고, 이전 태에서 다음 태로 넘어가는 발육 완료 분포 모형은, 온도의 변화에 따라 연령이 달라지는 것을 감안하여 생리적 연령으로 표준화시켜 모형을 정리하였다(식 4). 성충 시기는 온도의 변화에 따른 성충의 수명(식 4)을 수명 비율로 변환하여 비선형 회귀로 적합시켰다(식 1).
온도자료는 2010년 충청남도 아산지역을 기준 자료로 하여 모형을 이용한 모의 실험을 실시하였다. 모의 실험 시기는 실제 온실에서 온실가루이 성충의 밀도가 이입되는 시기인 6월 초부터 방울토마토 수확이 종료되는 8월 말까지 3개월간(92일)으로 하였다.
미세 기온 측정을 위한 엽면 온도는 비접촉식 레이저 측정 온도계인 Raynger® MXTM(Raytek Co., USA)를 이용하였는데, 기록식 온도계가 설치된 방울토마토 식물의 상, 중, 하단에서 3개의 단엽을 임의로 지정하여 각 잎 뒷면의 온도를 측정･기록하였다.
첫 번째 온실 내 대기 중 온도와 방울 토마토 잎 뒷면 온도와의 관계를 위한 자료 수집이고, 두 번째는 온도 변화에 따른 온실가루이 밀도 변동 모형의 모의실험을 위한 밀도 조사이다. 밀도 조사는 초기 이입 밀도 설정을 위한 황색 점착 트랩을 이용한 온실가루이 밀도 조사와 모의 실험 결과의 검증을 위한 온실가루이 각태별 육안 밀도 조사의 두 가지 조사가 실시되었다. 온도 조사는 온실 1과 온실 2 두 곳에서 이루어졌고, 밀도 조사는 온실 1에서만 이루어졌다.
따라서 대기 중 온도와 잎 뒷면 온도를 DYMEX 모의실험에 사용하기 위해 상관 관계 수식이 필요하다. 본 실험에서는 온실 내 대기 중 온도와 잎 뒷면 온도의 상관 관계 수식화를 위해 획득된 대기 중 온도 자료와 잎 뒷면 온도 자료를 이용하여 최적의 비선형 상관 관계식을 찾아내는 함수 프로그램인 Table Curve 2D(Jandel Scientific, 1996)를 이용해서 상관 관계식을 유도하였다.
본 연구에서 온실가루이의 온도 변화에 따른 밀도 증감 모형 개발을 위한 비선형 수식은 다음의 4가지 수식을 이용했다. 먼저 식 1과 식 2는 섭씨 온도(T; ℃)에 의해 변화되는 온실가루이 유충의 발육율과 발육 최적 온도를 구하는 수식이다.
각 온실을 4m × 12m의 가상의 격자로 나누고 격자로 구성된 중심 부근의 방울토마토 주를 선정하여 조사하였는데, 온실 1과 2에서 각각 15개체의 방울 토마토가 선정되었다. 선정된 방울 토마토 식물의 상단 지지대에 리본을 묶어 실험 기간 동안 온실 내 동일한 위치에서 온도 조사를 하였다. 선정된 방울토마토 식물 내 위치를 상단(top position; 지상에서 1.
선정된 방울 토마토 식물의 상단 지지대에 리본을 묶어 실험 기간 동안 온실 내 동일한 위치에서 온도 조사를 하였다. 선정된 방울토마토 식물 내 위치를 상단(top position; 지상에서 1.6-1.8m 이상), 중단(middle position; 지상에서 1-1.2m 사이), 하단(bottom position; 지상에서 0.3-0.5m사이)으로 구분한 이후, 각 방울토마토 식물 중단의 위치마다 기록식 온도계(data logger)를 설치하여 1시간 단위로 대기 중 온도를 실험 기간 동안 지속적으로 측정하였다. 미세 기온 측정을 위한 엽면 온도는 비접촉식 레이저 측정 온도계인 Raynger® MXTM(Raytek Co.
선정된 식물체의 최상단에 시판되는 황색 점착 트랩(9.6 cm × 16.0cm; MinSeng Co., Korea)을 둥글게 원통형으로 긴 쪽을 약 2cm 겹치게 말아서 반지름을 약 2.2cm 되도록 하여 세워진 형태로 설치하였으며(실제 점착 트랩 크기: 9.6cm × 14.0cm; Park et al., 2011), 일주일 단위로 점착 트랩에 유인된 온실가루이 성충의 밀도를 확인하여, 유입 시기 및 초기 밀도를 파악하였다.
생리적 연령으로 표준화한 모형과 성충의 총 산란수를 계산하여 모형식에 적합하였다(식 3). 성충이 된 이후 온도의 변화에 따른 일 산란수를 모형식에 적합하였고(식 3), 연령 특이적 생존율(식 4)과 누적 산란율(식 4)을 더하였다. 이 모든 모형식의 적합 결과를 이용하여 성충 시기의 수명-산란수-생존율이 생리적 연령과 온도에 따라 변화되는 모형으로 통합하여, 성충이 산란한 알은 다시 알-유충-번데기 시기 모형의 초기값으로 주어지게끔 모형을 작성하였다(Fig.
밀도 조사는 초기 이입 밀도 설정을 위한 황색 점착 트랩을 이용한 온실가루이 밀도 조사와 모의 실험 결과의 검증을 위한 온실가루이 각태별 육안 밀도 조사의 두 가지 조사가 실시되었다. 온도 조사는 온실 1과 온실 2 두 곳에서 이루어졌고, 밀도 조사는 온실 1에서만 이루어졌다.
Koko)를 줄 내림 방식의 관비 재배 온실이었다. 온실 실험은 두 가지로 나누어서 진행하였다. 첫 번째 온실 내 대기 중 온도와 방울 토마토 잎 뒷면 온도와의 관계를 위한 자료 수집이고, 두 번째는 온도 변화에 따른 온실가루이 밀도 변동 모형의 모의실험을 위한 밀도 조사이다.
온실가루이 성충의 경우 유충과는 다르게, 성충의 수명 (longevity), 총 산란수(fecundity), 산란 빈도(oviposition frequency)를 먼저 구하고, 수명 비율(longevity rate)을 이용하여 온도에 따른 수명을 수식으로 나타낸 이후 암컷 성충의 수명에 따른 연령 특이적 생존율(age specific survival rate)과 누적 산란율(age specific cumulative oviposition rate)의 계산이 이루어져야 하는데, 수명 비율의 경우 식 1을 사용하였으며, 성충의 수명, 총 산란수 및 산란 빈도는 다음의 식 3을 이용하여 모형화하였다.
1에 나타낸 온실가루이 개체군 모형의 순서도를 기준으로 하여 DYMEX 모의 실험을 구현하였다. 온실가루이의 발육은 알, 1-2령충, 3-4령충, 번데기의 성충 이전 시기와, 암컷 성충의 산란으로 구분하여 작성되었으며, 수리적인 부분은 본 실험에서 사용된 온도-발육의 모형식과 도출된 계수 결과를 이용하였다. 온도자료는 2010년 충청남도 아산지역을 기준 자료로 하여 모형을 이용한 모의 실험을 실시하였다.
성충이 된 이후 온도의 변화에 따른 일 산란수를 모형식에 적합하였고(식 3), 연령 특이적 생존율(식 4)과 누적 산란율(식 4)을 더하였다. 이 모든 모형식의 적합 결과를 이용하여 성충 시기의 수명-산란수-생존율이 생리적 연령과 온도에 따라 변화되는 모형으로 통합하여, 성충이 산란한 알은 다시 알-유충-번데기 시기 모형의 초기값으로 주어지게끔 모형을 작성하였다(Fig. 1).
따라서, 대상 온실들의 방울토마토 수확 시기(2010년 6-8월)에 일주일에 한 번씩총 6주간 자료를 측정하였다. 측정 시간 단계는 일출에서 일몰까지를 5단계로 나누어 시간에 맞추어 온도를 관찰하였는데, 다음과 같다: 일출-오전 7시 사이(early morning), 오전 8시-10시 사이(morning), 오전 11시-오후 1시(near noon), 오후 2시 30분-4시 30분(afternoon), 그리고 오후 6시 30분 이후-일몰 전(before sunset).
먼저 기후 관련 자료는 2010년 충남 아산 지역의 최고, 최저 온도를 이용하였다. 확보된 대기 중 온도를 실제 잎 뒷면 온도와 비선형 상관 관계식으로 변환하여 잎 뒷면 온도 자료를 따로 준비하였다. 개체군 밀도 변동과 관련한 발육 모형과 모형 계수는 본 실험실에서 선행 실험한 연구 결과를 이용하였고(MIFAFF, 2002), 선행된 연구 결과를 참고하였는데(Evert and Schutte, 1983; Osborne, 1982; Pravisani, 1981; van Roermund and van Lenteren, 1992; Weber, 1931), 만약 연구 결과가 상이한 경우에는 실험실에서 선행 실험한 연구 결과를 이용하였다.
대상 데이터
DYMEX 모의 실험을 위한 온실가루이 밀도 조사는 트랩으로 성충을 유인하여 초기 이입 밀도를 조사하는 황색 점착 트랩 조사와, 모의 실험 결과 검증을 위해 온실 1에서 각 단동당 2주의 방울토마토를 임의로 선정하였다. 선정 기준은 Park et al.
각 온실을 4m × 12m의 가상의 격자로 나누고 격자로 구성된 중심 부근의 방울토마토 주를 선정하여 조사하였는데, 온실 1과 2에서 각각 15개체의 방울 토마토가 선정되었다.
, 2007). 먼저 기후 관련 자료는 2010년 충남 아산 지역의 최고, 최저 온도를 이용하였다. 확보된 대기 중 온도를 실제 잎 뒷면 온도와 비선형 상관 관계식으로 변환하여 잎 뒷면 온도 자료를 따로 준비하였다.
시험 대상 포장은 2010년 충청남도 아산시 영인면 신봉 리의 비닐 온실 2곳에서 실시하였다. 온실 1은 10년 이상 유기 농법을 유지한 곳으로 240m2의 단동(6m × 40m)이 5연동으로 총 1200m2 면적에 약 4500주의 방울토마토를 재식했다.
온실가루이의 발육은 알, 1-2령충, 3-4령충, 번데기의 성충 이전 시기와, 암컷 성충의 산란으로 구분하여 작성되었으며, 수리적인 부분은 본 실험에서 사용된 온도-발육의 모형식과 도출된 계수 결과를 이용하였다. 온도자료는 2010년 충청남도 아산지역을 기준 자료로 하여 모형을 이용한 모의 실험을 실시하였다. 모의 실험 시기는 실제 온실에서 온실가루이 성충의 밀도가 이입되는 시기인 6월 초부터 방울토마토 수확이 종료되는 8월 말까지 3개월간(92일)으로 하였다.
온실 1은 10년 이상 유기 농법을 유지한 곳으로 240m2의 단동(6m × 40m)이 5연동으로 총 1200m2 면적에 약 4500주의 방울토마토를 재식했다.
온실 2는 5년 이상 유기 농법을 유지한 곳으로 250m2의 단동(5m × 50m)이 2연동으로 총 500m2면적에 약 2000주의 방울 토마토를 재식했다.
실제 온실에서 온실가루이 성충은 5월 초부터 관측은 되지만 트랩에 유인되는 밀도는 미미하였으며, 6월 초 트랩당 2마리 정도의 온실가루이 성충이 관찰되었다. 온실의 총 10개 트랩에서 총 20마리의 온실가루이가 트랩에 유인되었으며, 온실가루이 성비를 고려하여 이입된 온실가루이의 암컷 성충은 10마리로 하였다. 모의 실험은 이입에 성공한 온실가루이 성충 10마리가 각알 10개(총 100개)를 산란한 후 사망하고 산란된 알 100개 모두 부화하는 경우를 가정하였다(Fig.
데이터처리
각 비선형 회귀식에서 추정되어야 할 매개 변수값은 Wagner et al.(1984)이 개발한 SAS 프로그램을 변형시켜 초기값을 산출하여 SAS PROC NLIN 을 이용하여 추정하였다(SAS Institute, 1995).
1). 모의 실험 결과와 육안 조사 결과의 비교를 위해 각 태별 육안 조사 결과와 공기중, 잎 뒷면 온도 조건에 따른 각 태별 모의 실험 결과와의 상관 관계를 알아보기 위해 SAS PROC CORR을 이용하여 상관 분석하였다(SAS Institute, 1995).
이론/모형
확보된 대기 중 온도를 실제 잎 뒷면 온도와 비선형 상관 관계식으로 변환하여 잎 뒷면 온도 자료를 따로 준비하였다. 개체군 밀도 변동과 관련한 발육 모형과 모형 계수는 본 실험실에서 선행 실험한 연구 결과를 이용하였고(MIFAFF, 2002), 선행된 연구 결과를 참고하였는데(Evert and Schutte, 1983; Osborne, 1982; Pravisani, 1981; van Roermund and van Lenteren, 1992; Weber, 1931), 만약 연구 결과가 상이한 경우에는 실험실에서 선행 실험한 연구 결과를 이용하였다. 두 가지 온도 조건(대기 중 온도; 잎 뒷면 온도)을 각각 이용하여 모의실험을 실시하였으며, 그 결과를 비교하였다.
, 1999). 본 실험에서 발육(생존) 최저, 최고 임계 온도는 Osborne(1982)과 Evert and Schutte(1983)이 제시한 8.3℃와 35℃를 사용하였으며, 발육 최적 온도는 식 2와 같이 구하였다.
온실가루이의 유충과 성충의 개체군 특이적인 온도-발육 모형의 모든 함수와 추정된 계수값을 DYMEX 모의 실험을 위한 모형식으로 사용하였다. 모든 모형은 온도 혹은 온도에 의해 정해지는 발육율(유충시기), 수명율(성충시기)이 함수의 독립 변수로 사용되었다(Tables 2 and 3).
성능/효과
특히 이른 아침을 제외한 시간에 온실가루이 성충 채집은 성충이 많이 모이는 상단 부근의 잎에 집중되었으므로, 온실에서 채집된 온실가루이 성충의 성비는 실제 온실가루이 개체군의 성비와 다르다고 판단하였다. 따라서 DYMEX 모형에 적용할 성비는 실험실에서 우화한 결과값인 암컷 53.8%를 사용했다.
하지만 7월 초 이후 대기 중 온도가 급증하는 시점에서도, 잎 뒷면 온도는 급격한 증가를 보이지 않았으며, 항상 발육 최저, 최고 임계 온도 사이에 머무르고 있었다. 또한 방울토마토 식물 내 위치별 잎 뒷면 온도는 태양광에 직접 노출되는 부위인 상단 온도보다, 하단 온도가 조금 높았으며, 중단 온도가 상대적으로 낮았으며, 이러한 현상은 대기중 온도에서도 비슷하게 나타났지만, 대기 중 온도의 경우 하단이 상단과 중단에 비해 상대적으로 높은 온도를 보였다(Fig. 3). MRI-KMA(1990)의 연구 결과에 의하면 온도의 일 변화에서 중요한 역할은 토양에서 열 공급이라고 하였다.
4B-E). 또한 본 연구에서 온실가루이 각 태별 위치에 따라 다른 잎 뒷면 온도 조건을 사용함으로써 보다 정확한 밀도 변동 패턴을 예측할 수 있었으며, 이러한 결과는 미기상 온도 조건의 이해가 온실 내 방울토마토의 해충 방제를 위해 매우 중요하다는 것을 반증하고 있다(Figs. 3 and 4).
방울토마토 온실 재배에서, 여름을 기준으로 하면, 육묘에서 수확시기까지 80일-110일이다(RDA, 2001). 본 모의 실험 결과 매우 낮은 밀도 일지라도 이입이 초기에 이루어진다면, 각 세대마다, 실험 결과에 의한 온도 변동에 따른 밀도가 암컷 성충의 경우 10배 정도 증가하므로(Tables 2 and 3), 방울토마토 수확 시기에 커다란 문제로 작용하게 될 가능성이 매우 높음을 알 수있었다(Fig. 4). 따라서 온실가루이의 적절한 방제를 위해 초기에 이입되는 온실가루이의 모니터링과 온도 변동에 따른 밀도 변동 예측은 매우 중요하게 된다.
4로 정리하였다. 본 모의실험은 초기 밀도가 산란되어 부화한 알 100마리였으며, 3개월간의 모의 실험 결과, 알은 최대 150배 이상 증가하였으며, 다른 발육태도 이입후 10일 정도 지나서 관찰되기 시작하여, 3주 후인 6월 21일경에 최초로 성충으로 우화하는 개체가 나오기 시작했다, 대기 온도의 급격한 변화에 의해 대기 중 온도에 따른 온실가루이 밀도의 변동은 모의 실험 후반부로 갈수록 급격하게 되었는데, 미세 기상 온도의 변화에 따른 밀도의 변동은 부드럽게 증감을 반복하며 꾸준한 밀도 증가 패턴을 보이고 있었다(Fig. 4). 이것은 식물체의 위치별 대기 중 최대 온도의 급격한 변화와는 다르게, 식물체의 위치별 잎 뒷면 온도 변동이 급격한 변화가 없었기 때문으로 설명할 수 있다(Fig.
(1979)가 발표한, 실제 식물체의잎, 줄기 등의 온도 차이와 같은 결과이다. 본 실험 결과 발육이 매우 느려지고, 사망률이 매우 높아지는 30℃ 이상 대기 중 온도 영역에서 예상되는 온실가루이 개체군의 매우 낮은 발육율과 높은 사망률은 실제 온실가루이 개체군이 존재하고 살아가는 식물체 잎 뒷면 온도가 발육 최적 온도에 근사하므로, 실제 시설내 해충인 온실가루이의 밀도는 대기온도의 급격한 변화에 크게 영향을 받지 않게 되는 것을 알수 있었다. 따라서 해충 개체군의 밀도 변동 추정을 위한 모의 실험에 사용되는 온도 자료는 서식하는 곳의 온도 자료를 사용하는 것이 상대적으로 더욱 정확하다(Tables 2 and 4, Figs.
본 실험 결과 시설 내 해충 방제 전략 수립을 위한 온도발육 모형의 개발 및 적용은 일반적인 대기 온도보다는 실제 해충 개체군의 서식 장소 온도를 기준으로 하는 것이 타당한 것으로 나타났다. 따라서 해충 개체군에 직접적인 영향을 미치는 서식 장소 온도 조건의 이해는 시설 내 해충 방제 전략 수립에 매우 중요한 역할을 하고 있음을 알 수 있다.
일 중 최저 온도는 잎 표면 온도와 대기 중 온도의 차이가없으므로(MRI-KMA, 1990), 시설 온실에서 해충 개체군의 온도-발육에 영향을 줄 수 있는 미기상 인자는 일 중 최고기온을 보이는 시기의 잎 뒷면 온도가 된다. 본 실험에서 일중 잎 뒷면 최고 온도는 온실 내 대기 중 최고 온도보다 낮게 유지되고 있었다(Fig. 3). 특히 한여름 대기 중 최대 온도는 온실가루이 개체군의 발육을 저하시키는 범위(> 30℃; Table 2)에 머무르고 있음에도 불구하고, 실제 온실가루이의 생활이 이루어지는 잎 뒷면 온도는 오히려 발육에 가장 적절한 정도의 온도로 유지되고 있었다(Table 2 and Fig.
육안 조사한 각 태별 밀도와 대기 중 온도를 이용한 모의 실험 결과간 상관 계수는 성충을 제외하고는 모두 음의 상관 관계를 보여서 서로 상관 관계가 없는 것으로 나타났으나, 잎 뒷면 온도를 이용한 모의 실험 결과간 상관 계수는 모두 양의 상관 관계를 보였다. 성충의 육안 조사 결과와 대기 중 온도를 이용한 모의 실험 결과만 양의 상관 관계(r = 0.82)를 보였으나, 잎 뒷면 온도를 이용한 결과는 보다 높은 양의 상관 관계(r = 0.98)를 보였다(Table 4). 성충의 경우, 온실가루이 전 연령태 중에서 알에서 부화한 직후 보이는 ‘crawler’를 제외하고 이동이 가능한 점을 감안한다면 (van Roermund and van Lenteren, 1992) 대기 중 온도의 영향을 받을 확률이 다른 유충태보다 높다.
3). 식물체의 위치별 대기 중 최대 온도가 잎 뒷면 최대 온도보다 높아서 생기는 온일도의 변화에 의해(Fig. 3), 모의 실험이 진행되었던 3개월간 온실가루이 개체군 밀도 변동은 대기 중 온도를 기반으로 한 경우보다 잎 뒷면 온도를 기반으로 하는 경우 상대적으로 느린 밀도의 증감 패턴을 보였다(Fig. 4). 하지만, 모의 실험 후기에 동시에 진행된 온실가루이 육안 조사 결과와 비교해 보았을 때, 육안 조사가 불가능했던 알을 제외한 모든 발육 태에서, 육안 조사 밀도 증감 결과는 잎 뒷면 온도를 기반으로 하는 모의 실험 결과와 그 변동 패턴이 매우 유사함을알 수 있었다(Figs.
각 온도별, 유충의 영기별 발육 기간과 온도와 발육율의 상관 관계식(식 1)의 비선형 회귀 계수 추정 결과와 각 태별 자연 사망률 및 온도의 변화에 따른 발육 완료 시기를 생리적 연령으로 변환시켜 다음 영태로 넘어가는 발육 완료 모형식(식 4)의 비선형 회귀 계수 추정 결과는 Table 2에 정리 하였다. 실험실 실험에서 우화한 온실가루이 성충 1000여 개체의 성비를 조사한 결과 전체의 53.8%가 암컷으로 나타났으며, 온실에서 온실가루이 성충이 가장 많이 보이는 부분인 상단의 성충을 수거해서 조사한 결과 전체의 70.2%가 암컷으로 나타났다. 이렇게 실험실과 온실에서 채집한 온실가루이 성충의 성비가 다른 이유는 앞서 언급한 바와 같이 시설 방울토마토의 작형은 대부분 줄내림 방식으로 이루어지고 있으며, 온실의 방울토마토 상단 부위의 잎에서 채집한 온실가루이 성충의 경우 수컷보다는 산란을 시도하는 암컷이 대부분이므로 실험실 결과보다 높은 암컷 비율이 관찰되었다(Kim et al.
온실 1과 온실 2는 모두 ‘꼬꼬’ 품종의 방울토마토(Lycopersicon esculentum cv. Koko)를 줄 내림 방식의 관비 재배 온실이었다.
한낮의 높은 온도와 맞물려, 토양의 온도가 올라가는 사실을 감안한다면, 본 실험 결과 토양에 가까운 하단 부위의 온도가 높은 것은 태양 광선에 의한 직접적인 온도의 증감보다, 토양의 복사열로 인한 온도의 증가가 하단의 온도를 높이는 요인으로 생각된다. 온실가루이 개체군의 온도 발육은, 대기중 온도가 매우 높은 경우 발육이 느려지거나, 사망률이 증가해야 정상이지만(Table 1), 실제 개체군이 서식하고 있는 부근인 잎 뒷면 온도는 대기 중 온도가 높아져서 발육이 느려지는 범위에서도 최적 온도에 가까운 값을 유지하고 있음을 확인할 수 있다(Fig. 3 and Table 1). 이러한 잎 뒷면 미기상 최고 온도의 분포는 실제 온실에서 기존의 대기 중 온도를 이용한 밀도 변동 예측이 틀릴 수 있는 것을 보여주는 증거이며, 실제 시설 원예에서 한여름 매우 높은 온도 범위에서도 해충 개체군 밀도가 지속적으로 증가하는 원인이다 (Fig.
육안 조사 결과와 육안 조사 시기의 모의 실험 결과 밀도간 상관 관계 분석은 Table 4에 정리 하였다. 육안 조사한 각 태별 밀도와 대기 중 온도를 이용한 모의 실험 결과간 상관 계수는 성충을 제외하고는 모두 음의 상관 관계를 보여서 서로 상관 관계가 없는 것으로 나타났으나, 잎 뒷면 온도를 이용한 모의 실험 결과간 상관 계수는 모두 양의 상관 관계를 보였다. 성충의 육안 조사 결과와 대기 중 온도를 이용한 모의 실험 결과만 양의 상관 관계(r = 0.
3 and 4). 초기 온실가루이 이입과 산란을 가정하여 본 DYMEX 모의 실험 결과 온실가루이 개체군의 밀도 변동 패턴과 실제 포장에서 육안 조사 밀도 변동 패턴을 비교 하여 그 상관 관계를 살펴본 결과, 실제 포장에서 실시한 육안 조사 밀도 자료는 대기 중 온도가 아닌, 식물체 잎 뒷면 온도를 사용한 모의 실험 결과에서 도출된 밀도 자료와 매우 높은 상관 관계를 가지며, 유사한 밀도 변동 패턴을 보이고 있었다(Table 4 and Figs. 4B-E). 방울토마토 온실 재배에서, 여름을 기준으로 하면, 육묘에서 수확시기까지 80일-110일이다(RDA, 2001).
특히 한여름 대기 중 최대 온도는 온실가루이 개체군의 발육을 저하시키는 범위(> 30℃; Table 2)에 머무르고 있음에도 불구하고, 실제 온실가루이의 생활이 이루어지는 잎 뒷면 온도는 오히려 발육에 가장 적절한 정도의 온도로 유지되고 있었다(Table 2 and Fig. 3).
본 실험 결과에서 무엇보다 중요한 점은, 아침나절과 저녁나절의 온도가 비슷한 패턴을 보인 점이고, 한낮의 가장 온도가 높을 때의 온도는 다른 패턴을 보인다는 점일 것이다. 특히 해가 진 후부터 다음 날 해가 뜨기 전까지의 잎 뒷면 온도는 대기 중 온도와 거의 비슷한 패턴을 보이고 있거나, 외부 온도보다 낮아지는 온도의 역전 현상이 벌어진다는 보고가 있으므로(MRI-KMA, 1990), 결과적으로 하루를 3가지 온도 변화 형태로 구분하여, 모형식을 작성하는 것이 가장 적절한 것으로 사료된다. 즉 일몰 후부터 일출까지 시설 내 대기 중 온도를 그대로 모형에 사용하고, 일출 약 1.
4). 하지만, 모의 실험 후기에 동시에 진행된 온실가루이 육안 조사 결과와 비교해 보았을 때, 육안 조사가 불가능했던 알을 제외한 모든 발육 태에서, 육안 조사 밀도 증감 결과는 잎 뒷면 온도를 기반으로 하는 모의 실험 결과와 그 변동 패턴이 매우 유사함을알 수 있었다(Figs. 4B-E). 육안 조사 결과와 육안 조사 시기의 모의 실험 결과 밀도간 상관 관계 분석은 Table 4에 정리 하였다.
MRI-KMA(1990)의 연구 결과에 의하면 온도의 일 변화에서 중요한 역할은 토양에서 열 공급이라고 하였다. 한낮의 높은 온도와 맞물려, 토양의 온도가 올라가는 사실을 감안한다면, 본 실험 결과 토양에 가까운 하단 부위의 온도가 높은 것은 태양 광선에 의한 직접적인 온도의 증감보다, 토양의 복사열로 인한 온도의 증가가 하단의 온도를 높이는 요인으로 생각된다. 온실가루이 개체군의 온도 발육은, 대기중 온도가 매우 높은 경우 발육이 느려지거나, 사망률이 증가해야 정상이지만(Table 1), 실제 개체군이 서식하고 있는 부근인 잎 뒷면 온도는 대기 중 온도가 높아져서 발육이 느려지는 범위에서도 최적 온도에 가까운 값을 유지하고 있음을 확인할 수 있다(Fig.
후속연구
(1979)과 Rosenberg et al.(1983)이 언급한 습도, 풍속, 방사 등 다른 미기상 인자에 대한 합리적 제어 연구가 필요할 것이며, 또한 토양 이외의 인공 생육 시스템(Fukumoto et al., 2010)도 포함한 연구와 더불어, 시설 내 식물의 생육 및 병, 해충 관련 연구와 맞물린 종합적인 방제 대책 연구가 뒤따라야 할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
한국 온실에서 방울토마토 재배는 주로 어떤 방식인가?
따라서 시설 원예에 해충 개체군의 온도 변화에 따른 밀도 증감 모형의 적용은 실제 해충이 살고 있는 서식 장소의 온도를 기준으로 하여 재해석하는 것이 무엇보다 중요하게 된다. 특히 한국 온실에서 방울토마토의 재배 형태는 줄내림 방식이 대부분을 차지하고 있는데(modified vertical cordon system; Kim et al., 1999, 2001; Park et al., 2004, 2009, 2011). 줄내림 방식은 온실 내 최상단의 지지대(지상에서 약 1.8m 이상)에서 각 토마토 식물에 위치에 줄을 내려 방울토마토가 그 줄을 타고 자라게 하는 방식으로, 수확기의 방울토마토의 경우 일정한 시기(1-2주)마다 방울토마토 식물을 줄을 따라 내림 재배하기 때문에, 방울토마토 식물 내 위치가 상단(top position;지상에서 1.6-1.
온실가루이란?
온실 재배에 있어서 중요한 해충인 온실가루이[Trialeurodes vaporariorum (Westwood)]는 국내에 1977년 외국에서 도입된 난대성 해충이지만 시설 재배 면적의 확대로 방울토마토를 포함한 여러 채소류에 큰 피해를 주는 전국적으로 분포하는 해충이다(Choi et al., 1991).
온실가루이의 성장 단계는?
, 1991). 온실가루이는 알, 1령충-4령충(유충), 번데기와 성충 등의 4단계를 거치며, 성충과 1령충을 제외한 모든 온실가루이의 발육태는 고착 생활을 하는데 이들의 피해는 유충과 성충이 식물체액을 흡즙하여 직접적 수량 감소와 감로(honeydew)를 분비하여 그을음병을 유발시켜 작물의 생육과 상품 가치를 저하시킨다. 아울러 때때로 바이러스병을 매개하기도 하며(Brown, 1990), 시설 내에서 채소류와 관상식물의 생산에 있어 제한적인 요인이 되기도 한다(Muniyappa, 1980).
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