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문제 정의
- 본 연구의 목적은 침투이행성 농약을 실제 적용작물에 처리할 경우 식물에 흡수 이행되어 식물체잎을 통해 나타날수 있는 꿀벌 영향을 조사하고 실제 흡수이행에 의한 꿀벌의 영향정도를 파악하여 꿀벌의 안전성을 위한 연구의 기초 자료를 확보하기 위함이다. 또한, 기존의 꿀벌 엽상잔류독성시험법을 통하여 식물잎에 흡수된 농약 잔류량과 꿀벌의 독성영향을 조사하고 그 경향성을 파악하여 농약 잔류량과 꿀벌 영향과의 관계를 구체적으로 비교하고자 하였다.
- 본 연구의 목적은 침투이행성 농약을 실제 적용작물에 처리할 경우 식물에 흡수 이행되어 식물체잎을 통해 나타날수 있는 꿀벌 영향을 조사하고 실제 흡수이행에 의한 꿀벌의 영향정도를 파악하여 꿀벌의 안전성을 위한 연구의 기초 자료를 확보하기 위함이다. 또한, 기존의 꿀벌 엽상잔류독성시험법을 통하여 식물잎에 흡수된 농약 잔류량과 꿀벌의 독성영향을 조사하고 그 경향성을 파악하여 농약 잔류량과 꿀벌 영향과의 관계를 구체적으로 비교하고자 하였다.
제안 방법
- 시험농약의 처리량은 농약사용지침서(2009)의 사용량을 기준으로 하였으며, 사용량, 2배량, 그리고 4배량으로 처리하여 처리농도에 따른 잔류량을 조사하여 비교하고자 하였다. dinotefuran 입제와 imidacloprid 입제의 사용량 0.06 g a.i./tree, 2배량 0.12 g a.i./tree, 그리고 4배량 0.24 g a.i./tree으로 처리하였으며, clothianidin 입제는 사용량 0.018 g a.i./tree, 2배량 0.036 g a.i./tree, 그리고 4배량 0.072 g a.i./tree으로 처리하였다.
- 각 시험농약 처리 후 토마토 잎에서의 꿀벌 치사율과 농약 잔류량의 특성을 파악하고자 토마토 잎을 채집하여 농약잔류량을 측정하였다.
- 꿀벌 엽상잔류독성시험과 동일한 시기에 뿌리를 제외한 토마토 전체를 채집하여 잎 부분을 상처 없이 분리한 후 골고루 섞어 10 g을 채집한 후 그중 5g을 유기용매를 사용하여 추출하여 Ultra Performance Liquid Chromatograph (UPLC) 로 분석하였다. 각 시험농약의 분석을 위한 분석기기와 분석조건은 Table 3과 같다.
- 3030)과 「농약 및 원제의 등록기준」 [별표 13] 환경생물 독성 시험기준과 방법 중 꿀벌 엽상잔류독성시험법(농촌진흥청 고시 제 2012-13호)에 따라 실시하였다. 꿀벌을 토마토잎에 노출시키기 위하여 시험농약 처리후 3~7일 간격으로 뿌리를 제외한 토마토 전체를 채집하여 잎만 분리하여 10 g을 준비하였으며, 시험용 케이지에 토마토 잎 10 g에 꿀벌 25마리씩 노출시켜 24시간 후 치사개체와 이상증상을 조사하였다.
- 농축잔사를 ethyl acetate/dichloromethane (50/50, v/v) 10 mL에 재용해하여 미리 dichloromethane 5 mL로 활성화 시킨 Silica gel sep-pak plus cartridge에 전개시키고 ethyl acetate/dichloromethane (50/50, v/v) 5 mL로 세정하였다. 이어서 acetone/ethyl acetate (15/85, v/v) 15 mL로 용출하여 35℃이하의 수조상에서 감압농축하고, 질소가스로 완전히 건고시킨 후 water 5 mL로 정용하여 UPLC/UVD로 분석하였다.
- 농축잔사를 ethyl acetate/n-hexane (50/50, v/v) 5 mL에 재용해하여 미리 n-hexane 5 mL로 활성화 시킨 silica gel sep-pak cartridge에 전개시키고 ethyl acetate/n-hexane (50/50, v/v) 15 mL로 세정하였다. 이어서 ethyl acetate/n-hexane (50/50, v/v) 20 mL로 용출하여 35℃에서 감압 농축하고, 질소가스로 완전히 건고시킨 후 acetonitrile/water (25/75, v/v) 2 mL로 정용하여 UPLC/PDA로 분석하였다.
- 농축잔사를 hexane/acetone (70/30, v/v) 혼합용액 5 mL에 재용해하여 미리 hexane/acetone (90/10, v/v) 혼합용액 5 mL로 활성화시킨 Alumina-N SPE cartridge에 전개시키고 hexane/acetone (90/10, v/v) 혼합용액 10 mL, hexane/ acetone (70/30, v/v) 혼합용액 20 mL, 그리고 methanol 2 mL로 차례로 세정하였다. 이어서 methanol 8 mL로 용출 하여 35℃ 이하의 수조상에서 감압농축하고, 질소가스로 완전히 건고시킨 후 methanol/water (25/75, v/v) 2 mL로 정용 하여 UPLC/UVD로 분석하였다.
- 시험농약의 처리는 토마토 모종의 정식과 동시에 토양에 파구처리(planting hole application)방식으로 하였으며, 3가지 처리량으로 처리한 후 토마토를 정식하였다. 시험농약의 처리량은 농약사용지침서(2009)의 사용량을 기준으로 하였으며, 사용량, 2배량, 그리고 4배량으로 처리하여 처리농도에 따른 잔류량을 조사하여 비교하고자 하였다.
- 시험농약의 처리는 토마토 모종의 정식과 동시에 토양에 파구처리(planting hole application)방식으로 하였으며, 3가지 처리량으로 처리한 후 토마토를 정식하였다. 시험농약의 처리량은 농약사용지침서(2009)의 사용량을 기준으로 하였으며, 사용량, 2배량, 그리고 4배량으로 처리하여 처리농도에 따른 잔류량을 조사하여 비교하고자 하였다. dinotefuran 입제와 imidacloprid 입제의 사용량 0.
- 농축잔사를 ethyl acetate/dichloromethane (50/50, v/v) 10 mL에 재용해하여 미리 dichloromethane 5 mL로 활성화 시킨 Silica gel sep-pak plus cartridge에 전개시키고 ethyl acetate/dichloromethane (50/50, v/v) 5 mL로 세정하였다. 이어서 acetone/ethyl acetate (15/85, v/v) 15 mL로 용출하여 35℃이하의 수조상에서 감압농축하고, 질소가스로 완전히 건고시킨 후 water 5 mL로 정용하여 UPLC/UVD로 분석하였다.
- 농축잔사를 ethyl acetate/n-hexane (50/50, v/v) 5 mL에 재용해하여 미리 n-hexane 5 mL로 활성화 시킨 silica gel sep-pak cartridge에 전개시키고 ethyl acetate/n-hexane (50/50, v/v) 15 mL로 세정하였다. 이어서 ethyl acetate/n-hexane (50/50, v/v) 20 mL로 용출하여 35℃에서 감압 농축하고, 질소가스로 완전히 건고시킨 후 acetonitrile/water (25/75, v/v) 2 mL로 정용하여 UPLC/PDA로 분석하였다.
- 농축잔사를 hexane/acetone (70/30, v/v) 혼합용액 5 mL에 재용해하여 미리 hexane/acetone (90/10, v/v) 혼합용액 5 mL로 활성화시킨 Alumina-N SPE cartridge에 전개시키고 hexane/acetone (90/10, v/v) 혼합용액 10 mL, hexane/ acetone (70/30, v/v) 혼합용액 20 mL, 그리고 methanol 2 mL로 차례로 세정하였다. 이어서 methanol 8 mL로 용출 하여 35℃ 이하의 수조상에서 감압농축하고, 질소가스로 완전히 건고시킨 후 methanol/water (25/75, v/v) 2 mL로 정용 하여 UPLC/UVD로 분석하였다.
- 침투이행성 살충제인 dinotefuran 입제, imidacloprid 입제, clothianidin 입제를 토마토에 토양처리한 후 토마토의 생육을 조사하였고, 시험농약 처리후 경과시간에 따라 뿌리의 흡수이행에 의한 토마토 잎에서의 농약 잔류량을 분석하고 꿀벌의 독성 영향을 조사하였다.
- 토마토 묘종의 정식시 시험농약을 토양 파구처리 하였고 정식 후 토마토의 생육을 파악하기 위해 뿌리를 제외한 토마토잎과 줄기의 무게와 초장을 측정하였다. 토마토의 무게와 초장은 무처리구와 각 처리구에서 큰 차이는 보이지 않았으나, 전체적으로 정식 후 14일 이후 급격히 무게가 늘어났고, 체장의 경우도 정식 후 14일 이후에 증가하는 것을 알수 있었다(Fig.
대상 데이터
- 농약에 대한 독성 영향을 조사하기 위한 꿀벌은 서양종(양봉꿀벌, Apis mellifera)로서 출생 후 1~7일 연령의 어린 개체를 사용하였다. 시험에 사용된 꿀벌은 국내 양봉업체로 부터 분양받았으며, 시험기간 동안 야외사육장에서 사육 관리하였다.
- 농약에 대한 독성 영향을 조사하기 위한 꿀벌은 서양종(양봉꿀벌, Apis mellifera)로서 출생 후 1~7일 연령의 어린 개체를 사용하였다. 시험에 사용된 꿀벌은 국내 양봉업체로 부터 분양받았으며, 시험기간 동안 야외사육장에서 사육 관리하였다.
- 시험에 사용된 농약은 imidacloprid 입제, clothianidin 입제, dinotefuran 입제이며, 이러한 neonicotinoid계통의 농약은 꿀벌에 대한 급성독성이 강하고 수용해도가 높고 침투이행성의 특성을 가지고 있다.
- 시험작물로는 토마토(Lycopersicon esculentum)를 사용하였으며, 실내 온실에서 파종하여 3~4주간 생장한 모종을 비가림시설의 야외포장에 정식하였다.
이론/모형
- 꿀벌에 대한 엽상잔류독성시험방법은 미국 EPA (1996)의 엽상잔류독성시험법(Honeybee Toxicity of Residues on Foliage, OPPTS 850.3030)과 「농약 및 원제의 등록기준」 [별표 13] 환경생물 독성 시험기준과 방법 중 꿀벌 엽상잔류독성시험법(농촌진흥청 고시 제 2012-13호)에 따라 실시하였다. 꿀벌을 토마토잎에 노출시키기 위하여 시험농약 처리후 3~7일 간격으로 뿌리를 제외한 토마토 전체를 채집하여 잎만 분리하여 10 g을 준비하였으며, 시험용 케이지에 토마토 잎 10 g에 꿀벌 25마리씩 노출시켜 24시간 후 치사개체와 이상증상을 조사하였다.
성능/효과
- 1 mg/kg으로 분석되었으며, 7일 이후 전체적적으로 토마토잎의 잔류량이 감소하는 추세였다. Dinotefuran 입제 처리구에 비해 잔류량이 낮게 나타났으며, 꿀벌의 최고 치사율도 44.1~72%로 낮게 조사되었다. 그러나 비교적 낮은 치사율에도 불구하고 처리 후 18일까지 42% 이상의 꿀벌 치사율이 나타나고 있었다(Fig.
- Imidacloprid 입제 처리구에서는 최대 엽상잔류량이 38.9~96.1 mg/kg으로 분석되었으며, 7일 이후 전체적적으로 토마토잎의 잔류량이 감소하는 추세였다. Dinotefuran 입제 처리구에 비해 잔류량이 낮게 나타났으며, 꿀벌의 최고 치사율도 44.
- 1~72%로 낮게 조사되었다. 그러나 비교적 낮은 치사율에도 불구하고 처리 후 18일까지 42% 이상의 꿀벌 치사율이 나타나고 있었다(Fig. 3).
- 토마토잎에서의 농약 잔류량 변화도 모든 시험농약에서 유사하게 나타나고 있었으나, 시험농약의 종류와 처리량에 따라 잎에서의 최대잔류량이 다르고 토마토잎 전체의 잔류량과 꿀벌치사율이 일관성 있게 정확히 일치하지는 않았다. 그리고 각 시험농약의 사용량을 기준으로 처리했을 경우, 처리후 21일 이후에는 꿀벌치사율이 25% 이하로 나타나 엽상잔류에 의한 꿀벌의 영향이 확연하게 감소함을 알 수 있었다.
- /tree)과 2배량과 4배량의 처리구에서 최대잔류량이 유사하게 나타났다. 그리고 잔류량 변화의 경향성과 유사하게 꿀벌에 대한 치사율은 7~14일에 90% 이상으로 높게 나타났으며, 14일 이후에는 치사율이 점차 감소하여 32일차에는 25%로 나타났다 (Fig. 4).
- 이와 같이 침투이행성 농약의 경우, 뿌리를 통해 잎으로 흡수 이행되어 잎표면으로 배출되면서 꿀벌에 영향을 주고 있음을 확인하였다. 본 연구 결과로 꿀벌을 화분매개충으로 사용하는 하우스 재배작물의 경우, 흡수이행성이 강한 농약의 토양처리시 재배작물의 특성과 꿀벌에 대한 독성 영향을 파악하는 것이 꿀벌에 대한 안전성과 적절한 방사시기를 결정하는데 있어 중요하다고 사료된다. 그러나 현재 우리나라의 농약에 대한 꿀벌독성 연구는 급성(접촉, 섭식)독성시험과 농약의 경엽살포 후 엽상잔류에 의한 꿀벌의 직접적인 영향을 조사하는데 초점이 맞추어져 있다.
- /tree) 처리구에서 28일 이후 꿀벌 치사율이 25% 이하로 감소하였다. 최대 엽상잔류량은 시험 농약 처리 후 14일째에 나타났으며, 사용량(0.06 g a.i./tree) 처리구에서 89.5 mg/kg, 2배량(0.12 g a.i./tree) 처리구에서 197.7 mg/kg, 4배량(0.24 g a.i./tree) 처리구에서 276.8 mg/ kg으로 처리량이 증가할수록 잔류량도 증가하였다(Fig. 2). 그리고 시험농약인 dintefuran, imidacloprid, clothianidin의 최소검출량(LOQ)은 0.
- 토마토 묘종의 정식시 시험농약을 토양 파구처리 하였고 정식 후 토마토의 생육을 파악하기 위해 뿌리를 제외한 토마토잎과 줄기의 무게와 초장을 측정하였다. 토마토의 무게와 초장은 무처리구와 각 처리구에서 큰 차이는 보이지 않았으나, 전체적으로 정식 후 14일 이후 급격히 무게가 늘어났고, 체장의 경우도 정식 후 14일 이후에 증가하는 것을 알수 있었다(Fig. 1). 이러한 생육의 증가는 시험농약의 흡수와 토마토 잎에서의 잔류량에도 영향을 미칠 것으로 판단된다.
- 시험농약 처리 후 7~14일에 최대치사율이 나타났으며, 그 이후 점차 감소하는 추세였다. 토마토잎에서의 농약 잔류량 변화도 모든 시험농약에서 유사하게 나타나고 있었으나, 시험농약의 종류와 처리량에 따라 잎에서의 최대잔류량이 다르고 토마토잎 전체의 잔류량과 꿀벌치사율이 일관성 있게 정확히 일치하지는 않았다. 그리고 각 시험농약의 사용량을 기준으로 처리했을 경우, 처리후 21일 이후에는 꿀벌치사율이 25% 이하로 나타나 엽상잔류에 의한 꿀벌의 영향이 확연하게 감소함을 알 수 있었다.
후속연구
- 유럽이나 미국에서는 꿀벌의 직접적인 영향뿐만 아니라 흡수이행에 의한 간접적이고 장기적인 영향을 연구하는 단계에 있다. 그러므로 다양한 특성을 가진 농약에 대한 꿀벌의 안전성을 확보하기 위해서는 농약의 특성에 맞게 꿀벌 노출경로를 다양하게 조사하고 노출가능성이 있는 농약에 대해서는 꿀벌 독성 영향을 장기적으로 파악하기 위한 연구가 필요하다.
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