기후변화에 따른 농업생태계 내 해충 발생 예측을 위한 연구 현황 및 향후 과제 Research Status and Future Subjects to Predict Pest Occurrences in Agricultural Ecosystems Under Climate Change원문보기
기후변화는 곤충의 밀도와 분포, 몸의 형태와 개체의 크기 등 생물학적인 형질 변화, 생식 및 유전적 특성, 그리고 멸종 등에 영향을 미칠 것으로 예상되고 있다. 기후변화의 영향을 예측하여 피해를 줄이기 위해서는 분산되어 있는 곤충 종별 기본적인 생물학적/생태학적 정보들을 종합하여 검토할 필요가 있다. 따라서 본 연구는 기후 및 환경의 변화에 대한 곤충, 특히 해충의 발생 변화 예측에 필요한 생물학적 정보를 정리하여 이를 활용한 미래 피해 예측을 위한 기초 자료를 제공하고자 수행하였다. 또한 국내외 문헌을 비교 분석하여 국내에서 기후변화 연구를 수행하는데 있어 제한 요인들을 확인하고 향후 필요한 연구소요를 제시하고자 하였다. 국내의 연구들은 단기 모니터링 자료를 이용하여 환경 요인과의 관계를 분석하는 수준에 그치고 있는 반면, 국외 연구들은 장기 모니터링 자료를 이용한 분포 변화 분석이나 기 개발된 생물 종의 파라미터를 이용한 발생 및 분포 변화 예측 그리고 곤충 군집의 구성 변화를 모니터링하는 등 다양한 내용을 주제로 기후변화의 영향을 연구하고 있었다. 결론적으로 기후변화에 대응하기 위해서는 체계적인 모니터링 기술 개발을 통해 곤충의 계절발생, 분포, 월동 특성 및 유전적 구조 변화에 대한 연구가 필수적이며, 주요 해충 및 잠재적인 해충에 대한 기후변화의 영향을 예측하기 위해 곤충 개체군 모델의 개발 역시 중요한 부분이 될 것이다.
기후변화는 곤충의 밀도와 분포, 몸의 형태와 개체의 크기 등 생물학적인 형질 변화, 생식 및 유전적 특성, 그리고 멸종 등에 영향을 미칠 것으로 예상되고 있다. 기후변화의 영향을 예측하여 피해를 줄이기 위해서는 분산되어 있는 곤충 종별 기본적인 생물학적/생태학적 정보들을 종합하여 검토할 필요가 있다. 따라서 본 연구는 기후 및 환경의 변화에 대한 곤충, 특히 해충의 발생 변화 예측에 필요한 생물학적 정보를 정리하여 이를 활용한 미래 피해 예측을 위한 기초 자료를 제공하고자 수행하였다. 또한 국내외 문헌을 비교 분석하여 국내에서 기후변화 연구를 수행하는데 있어 제한 요인들을 확인하고 향후 필요한 연구소요를 제시하고자 하였다. 국내의 연구들은 단기 모니터링 자료를 이용하여 환경 요인과의 관계를 분석하는 수준에 그치고 있는 반면, 국외 연구들은 장기 모니터링 자료를 이용한 분포 변화 분석이나 기 개발된 생물 종의 파라미터를 이용한 발생 및 분포 변화 예측 그리고 곤충 군집의 구성 변화를 모니터링하는 등 다양한 내용을 주제로 기후변화의 영향을 연구하고 있었다. 결론적으로 기후변화에 대응하기 위해서는 체계적인 모니터링 기술 개발을 통해 곤충의 계절발생, 분포, 월동 특성 및 유전적 구조 변화에 대한 연구가 필수적이며, 주요 해충 및 잠재적인 해충에 대한 기후변화의 영향을 예측하기 위해 곤충 개체군 모델의 개발 역시 중요한 부분이 될 것이다.
Climate change is expected to affect population density, phenology, distribution, morphological traits, reproduction and genetics of insects, and even in the extinction of insects. To develop novel research subjects for predicting climate change effect, basic information about biological and ecologi...
Climate change is expected to affect population density, phenology, distribution, morphological traits, reproduction and genetics of insects, and even in the extinction of insects. To develop novel research subjects for predicting climate change effect, basic information about biological and ecological data on insect species should be compiled and reviewed. For this reason, this study was conducted to collect the biological information on insect pests that are essential for predicting potential damage caused by insect pests in future environment. In addition, we compared domestic and foreign research trends regarding climate change effect and suggested future research subjects. Domestic researchers were rather narrow in the subject, and were mostly conducted based on short-term monitoring data to determine relationship between insects and environmental variables. On the other hand, foreign researches studied on various subjects to analyze the effect of climate change, such as changes in distribution of insect using long-term monitoring data or their prediction using population parameters and models, and monitoring of the change of the insect community structure. To determine change of the phenology, distribution, overwintering characteristics, and genetic structures of insects under climate change through development of monitoring technique, in conclusion, further researches are needed. Also, development of population models for major or potential pests is important for prediction of climate change effects.
Climate change is expected to affect population density, phenology, distribution, morphological traits, reproduction and genetics of insects, and even in the extinction of insects. To develop novel research subjects for predicting climate change effect, basic information about biological and ecological data on insect species should be compiled and reviewed. For this reason, this study was conducted to collect the biological information on insect pests that are essential for predicting potential damage caused by insect pests in future environment. In addition, we compared domestic and foreign research trends regarding climate change effect and suggested future research subjects. Domestic researchers were rather narrow in the subject, and were mostly conducted based on short-term monitoring data to determine relationship between insects and environmental variables. On the other hand, foreign researches studied on various subjects to analyze the effect of climate change, such as changes in distribution of insect using long-term monitoring data or their prediction using population parameters and models, and monitoring of the change of the insect community structure. To determine change of the phenology, distribution, overwintering characteristics, and genetic structures of insects under climate change through development of monitoring technique, in conclusion, further researches are needed. Also, development of population models for major or potential pests is important for prediction of climate change effects.
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문제 정의
곤충의 개체군 변동과 관련하여 기후변화의 영향을 예측하여 피해를 줄이기 위해 필요한 기본적인 생물학적/생태학적 정보들은 분산되어 있거나 불완전한 상황에 있으며, 이로 인해 연구 소요를 도출하는 것조차 어려움을 겪고 있는 실정이다. 따라서 본 연구는 기후 및 환경의 변화에 대한 곤충, 특히 해충의 발생 변화 예측에 필요한 생물학적 정보를 정리하여 이를 활용한 미래 피해 예측을 위한 기초 자료를 제공하고자 수행하였다. 또한 국내외 문헌을 비교 분석하여 국내에서 기후변화 연구를 수행하는데 있어 제한요인들을 확인하고 향후 필요한 연구 소요를 제시하고자 하였다.
따라서 본 연구는 기후 및 환경의 변화에 대한 곤충, 특히 해충의 발생 변화 예측에 필요한 생물학적 정보를 정리하여 이를 활용한 미래 피해 예측을 위한 기초 자료를 제공하고자 수행하였다. 또한 국내외 문헌을 비교 분석하여 국내에서 기후변화 연구를 수행하는데 있어 제한요인들을 확인하고 향후 필요한 연구 소요를 제시하고자 하였다.
따라서 본 연구는 기후 및 환경의 변화에 대한 곤충, 특히 해충의 발생 변화 예측에 필요한 생물학적 정보를 정리하여 이를 활용한 미래 피해 예측을 위한 기초 자료를 제공하고자 수행하였다. 또한 국내외 문헌을 비교 분석하여 국내에서 기후변화 연구를 수행하는데 있어 제한요인들을 확인하고 향후 필요한 연구 소요를 제시하고자 하였다.
더불어 기후 시나리오를 이용하여 외부 환경 요인, 특히 온도에 민감하게 반응하는 곤충을 대상으로 이들의 발생 동태를 예측할 수 있는 개체군 동태 모델의 개발 역시 중요하다. 본 연구에서는 곤충을 대상으로 기후변화 대응을 위한 향후 과제로 다음의 5개 주제(기후변화에 의한 발생 시기 및 발생 세대 수 변화 연구, 기후변화에 의한 분포 변화 연구, 기후변화에 의한 휴면 환경 변화 연구, 식물과의 연계 연구, 기후변화에 대한 유전적 변이 연구)를 제안하고자 한다.
성능/효과
또한 진딧물의 경우처럼 환경 조건에 따라 무시충과 유시충이 나타나는 경우에는 개체군 밀도의 증가에 의해 이동성이 강한 유시충이 증가할 가능성이 높아지고, 이는 곧 작물로 이동하는 시기와 밀접한 관련이 있게 된다. 결과적으로는 기후변화에 의한 겨울철 기온 상승은 작물피해의 증가를 가져올 수 있다. 하지만 겨울철 기온 상승효과가 모든 계절에서 동일하게 작용할지 또는 그 영향이 계절에 따라 어떻게 다르게 나타날 지에 대해서는 추가 연구를 통해 구명해야 할 부분이다.
이들은 2007년부터 2008년에 걸쳐 혼슈의 추고쿠 지역과 시코쿠 지역에서 남쪽풀색노린재와 풀색노린재 2종에 대한 야외 조사 및 기존의 문헌과 표본 확인을 수행하였다. 그 결과, 남쪽풀색노린재의 분포 지역이 과거 시코쿠 지역의 남부 해안 지역 일부에 한정되어 있었던 것에 비해 최근 들어서는 시코쿠 지역의 북부 해안 지역뿐만 아니라 혼슈의 추고쿠 지역의 북부 일부 지역을 제외한 대부분의 지역에서도 분포하는 것으로 확인되었다. 또한 Kiritani et al.
주요 작물의 해충에 대한 발육모델 현황은 Fig. 1과 같으며, 총 30종에 대한 발육모델(온도발육 실험을 통한 발육속도 식이 있는 경우), 생존 및 산란모델(성충 산란 실험 후 생존율 식과 산란수에 관한 식이 있는 경우), 발육완료분포모델(발육속도 또는 산란모델에서 Weibull 함수로 표현된 경우), 그리고 일부 시·공간적인 분포와 관련한 모델들이 개발되어 있는 것으로 확인되었다.
화분매개곤충 및 천적에 대한 발육모델은 해충군에 비해 상대적으로 부족한 것으로 확인되었다(Fig. 1). 화분매개곤충의 경우, 머리뿔가위벌을 제외하고 발육이나 생존 및 산란을 연구하기 위한 실내 항온 조건 하에서의 실험보다는 화분의 확산과 관련된 분포 모델 개발에 집중되는 경향을 보였다(Cresswell et al.
후속연구
국내의 연구들은 단기 모니터링 자료를 이용하여 환경 요인과의 관계를 분석하는 수준에 그치고 있는 반면, 국외 연구들은 장기 모니터링 자료를 이용한 분포 변화 분석이나 기 개발된 생물 종의 파라미터를 이용한 발생 및 분포 변화 예측 그리고 곤충 군집의 구성 변화를 모니터링하는 등 다양한 내용을 주제로 기후변화의 영향을 연구하고 있었다. 결론적으로 기후변화에 대응하기 위해서는 체계적인 모니터링 기술 개발을 통해 곤충의 계절발생, 분포, 월동 특성 및 유전적 구조 변화에 대한 연구가 필수적이며, 주요 해충 및 잠재적인 해충에 대한 기후변화의 영향을 예측하기 위해 곤충 개체군 모델의 개발 역시 중요한 부분이 될 것이다.
첫 번째는 기후변화에 따른 생물계절발생이나 발생 밀도 및 군집 구조의 변화 등 장기적인 모니터링 사업이고, 두번째는 개체군 동태를 추정하는 변수들을 이용하여 분포 확장, 발생 시기 및 발생 세대 수의 변화를 예측하는 모델을 개발하는 연구일 것이다. 그러나 국외의 많은 사례와 비교하여 볼 때 곤충을 이용한 국내의 기후변화에 대한 영향 연구는 상대적으로 특정 분야에 치우쳐 있는 것으로 판단되며 앞으로 연구과제의 다양성을 확보하는 것이 필요하다. 또한 연구과제를 종합적으로 계획할 수 있는 방안을 마련하는 것 역시 필요하다.
1과 같으며, 총 30종에 대한 발육모델(온도발육 실험을 통한 발육속도 식이 있는 경우), 생존 및 산란모델(성충 산란 실험 후 생존율 식과 산란수에 관한 식이 있는 경우), 발육완료분포모델(발육속도 또는 산란모델에서 Weibull 함수로 표현된 경우), 그리고 일부 시·공간적인 분포와 관련한 모델들이 개발되어 있는 것으로 확인되었다. 그러나 목화진딧물(Xia et al., 1999; Giarola et al., 2006; Kim et al., 2012), 담배가루이(Drost et al., 1989; Han et al., 2013), 복숭아심 식나방(Kim and Lee, 2001, 2010; Kim et al., 2001), 고자리파리(Otto and Hommes, 2000), 아메리카잎굴 파리(Park et al., 2012), 벼멸구(Bae et al., 1987; Cheng et al., 1990), 감자나방(Sporleder, 2004), 배추좀나방(Liu et al., 2002; Golizadeh et al., 2009)을 제외한 22종은 모델의 일부만이 개발되어져 있어 개체군 동태 모델 개발과 시공간적 분포 분석을 위해서는 추가 연구가 필요한 것으로 판단된다(Appendix1). 특히 대부분의 연구들이 온도의존적인 발육 모델 개발에 집중되어 있으며, 상대적으로 생존, 산란 및 발육완료분포 모델은 개발이 안되었거나 일부만 작성되어 있었다.
기후변화는 곤충의 밀도와 분포, 몸의 형태와 개체의 크기 등 생물학적인 형질 변화, 생식 및 유전적 특성, 그리고 멸종 등에 영향을 미칠 것으로 예상되고 있다. 기후변화의 영향을 예측하여 피해를 줄이기 위해서는 분산되어 있는 곤충 종별 기본적인 생물학적/생태학적 정보들을 종합하여 검토할 필요가 있다. 따라서 본 연구는 기후 및 환경의 변화에 대한 곤충, 특히 해충의 발생 변화 예측에 필요한 생물학적 정보를 정리하여 이를 활용한 미래 피해 예측을 위한 기초 자료를 제공하고자 수행하였다.
곤충의 경우, 다른 생물들에 비해 외부 환경에 대한 민감도가 높을 뿐만 아니라 상대적으로 사육이 쉽고, 시간적/공간적인 측면에서도 연구자에게 많은 장점을 제공하기 때문에 기후변화의 영향을 예측하기 위한 지표로 사용하기 유리한 측면이 있다. 따라서 개체군 동태 모델 개발을 위한 해충별 기본적인 생물학적 자료(발육, 생존, 산란 등)와 기상 자료(기온, 습도, 강수량 등)의 확보 및 표준화가 선행되어야 하며, 이후에는 이를 이용한 피해 예측이 수반되어야 할 것이다. 그러나 곤충은 매우 많은 분류군이 존재하고 분류군에 따른 생물학적/생태학적 특성이 큰 차이를 보이기 때문에 분류군별로 기후변화의 영향을 분석하고 예측하는 접근 방식에 대한 보다 심층적인 고찰이 필요하다.
한편, 겨울철 기온 상승으로 인한 적설량의 감소는 오히려 대기 중의 차가운 공기에 노출되어 휴면 중 생존율이 감소할 가능성도 있다. 따라서 보다 정밀한 예측을 위해서는 휴면 전(휴면이 유도되기 시작하는 늦여름과 가을), 중(본격적인 휴면이 일어나는 한겨울), 후(휴면 타파가 일어나는 늦겨울과 봄)의 3단계로 구분하여 온도의 영향에 관한 연구를 수행할 필요가 있을 것이다(Bale and Hayward, 2010). 또한 온도의 상승이 일어나더라도 휴면에 영향을 주는 중요한 요소인 광주기는 변화가 없기 때문에 이에 대한 연구도 동시에 수행될 필요가 있다.
또한 세대간 간격이 짧거나 발생시기가 앞당겨지는 곤충의 경우, 성충의 활동기간 역시 길어짐에 따라 번식활동, 산란기간 및 월동 생존율 등 개체군의 크기와 관련된 요소들에 있어 장점으로 작용할 가능성이 있다. 따라서 앞으로 곤충의 발생시기 조사는 장기 모니터링 및 보전 프로그램뿐만 아니라 해충 개체군의 관리 방안 마련에 있어서도 매우 중요한 분야가 될 것이기 때문에 체계적인 연구 계획 수립이 필요하다.
따라서 보다 정밀한 예측을 위해서는 휴면 전(휴면이 유도되기 시작하는 늦여름과 가을), 중(본격적인 휴면이 일어나는 한겨울), 후(휴면 타파가 일어나는 늦겨울과 봄)의 3단계로 구분하여 온도의 영향에 관한 연구를 수행할 필요가 있을 것이다(Bale and Hayward, 2010). 또한 온도의 상승이 일어나더라도 휴면에 영향을 주는 중요한 요소인 광주기는 변화가 없기 때문에 이에 대한 연구도 동시에 수행될 필요가 있다.
3). 이들 연구 사례로 미뤄볼 때 기후변화의 영향을 분석하고 예측하기 위해서는 분류군의 생물학적 특성을 고려한 양질의 자료 축적이 필수적일 것이다.
곤충에 있어 개체군 동태 모델은 기대 수명(life expectancy), 생식 능력(reproductive rate), 세대 기간(generation time) 및 내적 증가율(intrinsic rate of increase)과 같은 생활사 모델과 변온동물인 곤충의 특성을 이용하여 만들어진 온도의존적 발육 모델(temperature dependent development models)과 같은 개체군 성장 모델이 대표적이다. 이러한 모델들을 활용한다면 곤충의 연발생 횟수나 분포 가능 범위를 예측할 수 있으며 해충별 피해 예측을 통해 작물의 손실을 최소화할 수 있을 것이다. 예를 들어 Kiritani(2006)는 거미류와 같은 천적 군집의 약화 가능성을 제기하면서 이로 인한 해충 발생 증가를 예상한 바 있으며, 이는 곧 작물 생산량의 감소와 같은 중대한 영향으로 이어질 것으로 예상된다(Chakraborty et al.
지금까지의 연구들이 표현형의 변화에 보다 집중이 되어 있었다면, 앞으로는 기후변화에 적응하는데 어려움을 겪을 가능성이 큰 종들에 대한 표현형 변화 연구에 집중하거나 진화 과정에 대한 모델화 작업을 통해 개체군별 기후변화에 적응할 수 있는 가능성을 예측하는 것이 필요할 것으로 생각된다. 이러한 작업을 통해 해충 관리 시스템의 구축이나 생물다양성의 보전을 위한 프로그램을 개발할 수 있을 것이다.
(2009)이 뎅기열을 전염시키는 Aedes aegypti 모기 알의 탈수 저항성이 진화하는 경우를 모델화하여 기후변화 시 분포 가능 지역이 확장되는 과정을 모사한 바 있다. 지금까지의 연구들이 표현형의 변화에 보다 집중이 되어 있었다면, 앞으로는 기후변화에 적응하는데 어려움을 겪을 가능성이 큰 종들에 대한 표현형 변화 연구에 집중하거나 진화 과정에 대한 모델화 작업을 통해 개체군별 기후변화에 적응할 수 있는 가능성을 예측하는 것이 필요할 것으로 생각된다. 이러한 작업을 통해 해충 관리 시스템의 구축이나 생물다양성의 보전을 위한 프로그램을 개발할 수 있을 것이다.
현재 국내에서의 곤충을 이용한 기후변화 대응 연구는 크게 두 가지로 구분이 될 수 있을 것이다. 첫 번째는 기후변화에 따른 생물계절발생이나 발생 밀도 및 군집 구조의 변화 등 장기적인 모니터링 사업이고, 두번째는 개체군 동태를 추정하는 변수들을 이용하여 분포 확장, 발생 시기 및 발생 세대 수의 변화를 예측하는 모델을 개발하는 연구일 것이다. 그러나 국외의 많은 사례와 비교하여 볼 때 곤충을 이용한 국내의 기후변화에 대한 영향 연구는 상대적으로 특정 분야에 치우쳐 있는 것으로 판단되며 앞으로 연구과제의 다양성을 확보하는 것이 필요하다.
, 2013). 최근 들어 국내에서도 침입종의 정착가능성에 대한 연구가 수행되고 있는 상황인데, 보다 체계적인 관리 프로그램 운영을 위해서는 향후 기후변화에 따른 외래 해충의 서식지 확장이나 발생시기의 변화 등에 관한 연구 역시 수행될 필요가 있을 것으로 생각된다.
결과적으로는 기후변화에 의한 겨울철 기온 상승은 작물피해의 증가를 가져올 수 있다. 하지만 겨울철 기온 상승효과가 모든 계절에서 동일하게 작용할지 또는 그 영향이 계절에 따라 어떻게 다르게 나타날 지에 대해서는 추가 연구를 통해 구명해야 할 부분이다. 한편, 겨울철 기온 상승으로 인한 적설량의 감소는 오히려 대기 중의 차가운 공기에 노출되어 휴면 중 생존율이 감소할 가능성도 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
기후변화는 어디에 영향을 미칠 것으로 예상되는가?
기후변화는 곤충의 밀도와 분포, 몸의 형태와 개체의 크기 등 생물학적인 형질 변화, 생식 및 유전적 특성, 그리고 멸종 등에 영향을 미칠 것으로 예상되고 있다. 기후변화의 영향을 예측하여 피해를 줄이기 위해서는 분산되어 있는 곤충 종별 기본적인 생물학적/생태학적 정보들을 종합하여 검토할 필요가 있다.
기후변화의 영향을 예측하여 피해를 줄이기 위해서 어떤 노력을 해야할 필요가 있는가?
기후변화는 곤충의 밀도와 분포, 몸의 형태와 개체의 크기 등 생물학적인 형질 변화, 생식 및 유전적 특성, 그리고 멸종 등에 영향을 미칠 것으로 예상되고 있다. 기후변화의 영향을 예측하여 피해를 줄이기 위해서는 분산되어 있는 곤충 종별 기본적인 생물학적/생태학적 정보들을 종합하여 검토할 필요가 있다. 따라서 본 연구는 기후 및 환경의 변화에 대한 곤충, 특히 해충의 발생 변화 예측에 필요한 생물학적 정보를 정리하여 이를 활용한 미래 피해 예측을 위한 기초 자료를 제공하고자 수행하였다.
IPCC(2007)에서 제시한 육상생태계에서의 변화는?
환경의 변화 중 특히 기후변화에 대한 반응은 종에 따라 다르게 나타날 것으로 예상되는데, 특히 IPCC(2007)에서 제시한 육상생태계에서의 변화는 다음과 같다: 1) 생물계절발생(phenology)의 변화, 2) 종 분포 및 개체군 크기의 변화, 3) 기후와 연관된 종의 멸종과 침입, 4) 종의 형태적 변화와 생식 변화, 5) 군집 및 생태계 과정의 변화, 그리고 6) 종의 진화 과정 변화 등이다. 이러한 변화 양상은 IPCC 5차 평가보고서(IPCC, 2014)에서도 크게 달라지지 않고 있 으며, 종의 계절발생, 분포, 발생밀도의 변화와 지역적인 멸종 가능성에 대해 보다 중점적으로 많은 근거들을 제시하고 있다.
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