[논문]돼지풀잎벌레의 섭식에 의한 생태계교란 식물인 단풍잎돼지풀의 제어 가능성 연구

이수인; 박재훈; 김의주; 박지원; 이정민; 김윤서; 김세희; 박여빈; 이응필

doi:10.17663/jwr.2023.25.3.184

돼지풀잎벌레의 섭식에 의한 생태계교란 식물인 단풍잎돼지풀의 제어 가능성 연구
A Study on Control Possibility of Ambrosia trifida L., an Invasive Alien Plant by the Feeding of Ophraella communa LeSage 원문보기

한국습지학회지 = Journal of wetlands research, v.25 no.3, 2023년, pp.184 - 195

이수인 (국립생태원 외래생물팀) , 박재훈 (공주대학교 생명과학과) , 김의주 (공주대학교 생명과학과) , 박지원 (공주대학교 생명과학과) , 이정민 (공주대학교 생명과학과) , 김윤서 (공주대학교 생명과학과) , 김세희 (공주대학교 생명과학과) , 박여빈 (공주대학교 생명과학과) , 이응필 (국립생태원 자연환경조사팀)

초록
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한국에서 생태계교란 식물인 단풍잎돼지풀의 효과적인 관리방안을 마련하고자, 초식자인 돼지풀잎벌레의 기주특이성, 연간 이동거리를 조사하여 생물학적 방제 수단으로의 활용 가능성과 이 곤충의 섭식이 단풍잎돼지풀의 활력에 미치는 영향을 연구하였다. 이를 위해서 돼지풀잎벌레의 기주선호도를 조사하였고, 돼지풀잎벌레가 확인된 지점을 기준으로 거리가 10m, 20m, 30m, 100m 떨어진 지점에 돼지풀잎벌레가 없는 단풍잎돼지풀군락을 선정하여 돼지풀잎벌레의 출현 여부 파악을 통해 이들의 이동 거리를 확인하였다. 그리고 돼지풀잎벌레의 섭식에 따른 단풍잎돼지풀의 생육, 번식 그리고 생리반응을 측정하였다. 그 결과 돼지풀잎벌레는 국화과의 3분류군만을 섭식하였고, 숙주로부터 반경 30m/yr 이내로 단거리 이동하였다. 초식자의 섭식은 단풍잎돼지풀의 생육, 번식 그리고 생리반응에 부정적인 영향을 주었고, 초식자가 있는 곳으로부터 거리가 멀어질수록 생육 및 번식이 양호하였다. 또한, 단풍잎돼지풀의 식피율이 50% 이하일 때 초식자를 도입하면 90% 이상의 단풍잎돼지풀을 제어할 수 있었지만, 식피율이 90% 이상에서는 제거의 효과가 감소했다. 결과적으로 돼지풀잎벌레는 단풍잎돼지풀의 생태학적 제어자로서 활용 가능성이 있고, 제어의 효과를 높이기 위해서는 단풍잎돼지풀의 식피율이 낮은 봄(5월)에 이 곤충을 도입하는 것이 유리하다.

Abstract ▼ AI-Helper

To develop an effective management plan for Ambrosia trifida L., an invasive alien plant in Korea, we assessed the potential of Ophraella communa LeSage as a biological control agent. This involved investigating the host specificity of the herbivore Ophraella communa LeSage, its annual travel distance, and the impact of this insect on the fitness of Ambrosia trifida L. We confirmed the host plant preference of Ophraella communa LeSage. The travel distance of this insect was determined by monitoring its appearance in selected Ambrosia trifida L. communities without these insects at distances of 10, 20, 30, and 100 meters, based on the locations where the presence of Ophraella communa LeSage was observed. The growth, reproductive, and physiological responses of Ambrosia trifida L. were measured according to feeding by Ophraella communa LeSage. As a result, Ophraella communa LeSage fed on only three taxa and moved short distances within a radius of 30 m per year from the host. The feeding behavior of the herbivore had a negative impact on the growth, reproductive, and physiological responses of Ambrosia trifida L. And the plant's growth and reproduction improved with increasing distance from the herbivore. Furthermore, the introduction of herbivores was able to control over 90% of Ambrosia trifida L. when the coverage of the Ambrosia trifida L. group was below 50%. However, the effectiveness of the removal decreased when the coverage exceeded 90%. These results are likely to be utilized by Ophraella communa LeSage as an ecological control agent. It is advantageous to introduce them in spring (May) when the coverage is low to maximize the effectiveness of control.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Seasonal precipitation (㎜) and air temperature (℃) from January 2016 to December 2020 at Gongju disaster prevention weather observation from the study area.
그림 Fig. 2. Variation of the number of Ophraella communa LeSage (sum of adult and larva) per individual under control and treatment in August (C: control, T: treatment).
표 Table 1. Comparison of ecological character per individual of Ambrosia trifida L. measured under coverage rate gradients (Low: coverage rate 10%, Middle: coverage rate 50%, High: coverage rate 90%). Alphabets on the bars mean significant difference among environmental treatments (p<0.05).
표 Table 2. The plant list of family preference of Ophraella communa LeSage
그림 Fig. 3. Shoot length (a), Damage rate of leaves (b), No. of peduncle per individual (c) of Ambrosia trifida L. and No. of Ophraella communa LeSage (sum of adult and larva) per individual (d) measured under dispersion gradients (C.P: control point, 10m: distance of 10 m from the control point, 20m: distance of 20 m from the control point, 30: distance of 30 m from the control point, 100: distance of 100 m from the control point). Alphabets on the bars mean significant difference among environmental treatments (p<0.05). Above bars on the graph mean standard deviation.
그림 Fig. 4. Chlorophyll content (a) and Photochemical efficiency of photosystem (Fv/Fm) (b) of Ambrosia trifida L. measured under control and treatment (C: control, T: treatment). Alphabets on the bars mean significant difference among environmental treatments (p<0.05). Above bars on the graph mean standard deviation. (N=15)
그림 Fig. 5. Feeding rate of leaves of Ambrosia trifida L. and No. of Ophraella communa LeSage (sum of adult and larva) per individual measured under coverage rate gradients (Low Coverage: coverage rate 10%, Middle Coverage: coverage rate 50%, High Coverage: coverage rate 90%). Alphabets on the bars mean significant difference among environmental treatments (p<0.05). Above bars on the graph mean standard deviation.
그림 Fig. 6. Change of the survival rate and death rate of Ambrosia trifida L. measured under coverage rate gradient (Low Coverage: coverage rate 10%, Middle Coverage: coverage rate 50%, High Coverage: coverage rate 90%).

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 돼지풀잎벌레의 기주식물을 조사하고, 이 곤충의 섭식에 따른 단풍잎돼지풀의 생리·생태학적 반응을 확인하여 단풍잎돼지풀의 생물학적 제어 가능성을 확인함으로써 효과적인 생물학적 제어 방법을 도출하고자 하고자 한다.
본 연구는 돼지풀잎벌레의 기주특이성을 조사하고, 초식자인 돼지풀잎벌레의 섭식활동에 따른 생태계교란 식물인 단풍잎돼지풀의 생태적 반응 및 고사율의 변화를 파악하여 초식곤충에 의한 제어가능성을 확인하기 위해 기주식물은 5년간 금강수계의 출현식물 내 돼지풀잎벌레의 섭식 및 산란을 조사하였고, 환경조건이 동일한 야외에서 단풍잎돼지풀에 돼지풀잎벌레를 처리하여 생육 및 번식, 생리·생태학적 반응 그리고 시간에 따른 고사율의 변화를 파악하였다.

제안 방법

2020 년 9 월에 각 방형구 내 모든 개체의 개체당 돼지풀잎벌레(성체와 유생의 합)의 수(ea), 단풍잎돼지풀의 지상부 길이(cm), 잎의 피해율(%), 개체당 꽃대의 수(ea)를 측정하였다. 잎의 피해율은 개체 전체 잎의 면적 대비 섭식한 잎의 면적으로 추정하였다.
2018 년 6 월에 각 방형구 내 모든 개체의 잎의 섭식률(%)을 측정하였고, 잎의 섭식률은 개체 전체 잎의 면적 대비 섭식한 잎의 면적으로 추정하였다. 그리고 각 방형구 내 단풍잎돼지풀의 고사율(%)은 6 월 중순과 7 월 중순 그리고 8 월 중순에 총 3 회 측정하였고, 고사율(%)은 방형구 내 전체 개체의 수(ea) 대비 고사한 개체의 수(ea)를 통하여 산출하였다. 개체의 고사는 돼지풀잎벌레의 섭식으로 잎이 남아 있지 않고 줄기가 말라버렸거나 개체의 잎이 남아 있으나 남아 있는 잎과 줄기가 말라버린 경우로 판단하였다.
조사지역 내 도보로 이동하면서 식물상을 조사하였고, 출현한 식물상은 과별로 정리하여 목록화하였다. 기주 선호도 조사는 돼지풀잎벌레의 생활사 시기를 고려하여 3월부터 10월까지 5년 동안(2016년~2020년) 진행하였고, 과별 기주식물에 대한 선호도는 전체 출현식물종 목록에서 돼지풀잎벌레가 기생하는 식물종을 과별로 정리하였다. 조사기간 동안 연평균 기온은 12.
기주 선호도는 충남 공주시의 공주대학교 주변과 금강수계의 본류와 지류 내 제방의 둔치에서 식물상 조사를 통해 돼지풀잎벌레의 기주식물을 조사하였다. 기주식물은 식물체에 돼지풀잎벌레의 성충과 유충이 각각 3마리 이상이 있고, 잎과 줄기 등의 섭식 유무로 판단하였다.
단풍잎돼지풀의 식피율에 따른 돼지풀잎벌레의 섭식률을 파악하기 위해 2018 년 5 월부터 8 월까지 온도와 강수량 등 환경조건이 동일한 공주대학교 내 산림의 임연부에서 돼지풀잎벌레가 서식하고 있는 단풍잎돼지풀군락 내 식피율을 10%(Low Coverage), 50%(Middle Coverage), 90%(High Coverage)로 구분하여 1m × 1m 크기인 정사각형 모양의 방형구를 설정하였다

대상 데이터

돼지풀잎벌레의 섭식에 따른 단풍잎돼지풀의 생리반응의 차이를 확인하기 위해 2017년 8월에 온도와 강수량 등 환경조건이 동일한 공주대학교 내 산림의 임연부에서 크기가 1m × 1m로 동일한 돼지풀잎벌레가 없는 단풍잎돼지풀군락(대조구)과 돼지풀잎벌레가 있는 단풍잎돼지풀군락(처리구)을 설정하였다

데이터처리

이상의 통계적인 분석은 STATISTICA 7(Statsoft, Inc., Tulsa, OK, USA)을 이용하였다.

성능/효과

그 결과 출현식물 중 돼지풀잎벌레는 국화과에 속하는 생태계교란 식물인 단풍잎돼지풀과 돼지풀 그리고 재배식물인 뚱딴지를 섭식하는 것을 확인하였고, 기주식물인 단풍잎돼지풀로부터 반경 30m/yr로 단거리 이동하였다. 그리고 단풍잎돼지풀은 초식자의 섭식으로 인해 생리적으로 스트레스를 받고 있었고, 초식자가 있는 곳으로부터 거리가 멀어질수록 꽃과 줄기가 길었고, 잎의 피해율은 적었다.
5). 그리고 개체당 돼지풀잎벌레(성충과 유충의 합)의 수는 High Coverage(식피율 90%)와 Middle Coverage(식피율 50%)가 Low Coverage(식피율 10%)보다 많았다(Fig. 5).
그 결과 출현식물 중 돼지풀잎벌레는 국화과에 속하는 생태계교란 식물인 단풍잎돼지풀과 돼지풀 그리고 재배식물인 뚱딴지를 섭식하는 것을 확인하였고, 기주식물인 단풍잎돼지풀로부터 반경 30m/yr로 단거리 이동하였다. 그리고 단풍잎돼지풀은 초식자의 섭식으로 인해 생리적으로 스트레스를 받고 있었고, 초식자가 있는 곳으로부터 거리가 멀어질수록 꽃과 줄기가 길었고, 잎의 피해율은 적었다. 또한, 단풍잎돼지풀군락의 식피율이 50% 이하일 때 초식자를 도입하면 90% 이상의 단풍잎돼지풀을 제어할 수 있었지만, 식피율이 90% 이상에서는 제거의 효과가 작았다.
기주 선호도는 충남 공주시의 공주대학교 주변과 금강수계의 본류와 지류 내 제방의 둔치에서 식물상 조사를 통해 돼지풀잎벌레의 기주식물을 조사하였다. 기주식물은 식물체에 돼지풀잎벌레의 성충과 유충이 각각 3마리 이상이 있고, 잎과 줄기 등의 섭식 유무로 판단하였다. 조사지역 내 도보로 이동하면서 식물상을 조사하였고, 출현한 식물상은 과별로 정리하여 목록화하였다.
단풍잎돼지풀의 식피율에 따른 돼지풀잎벌레의 잎의 섭식률은 Low Coverage(식피율 10%)와 Middle Coverage (식피율 50%)가 High Coverage(식피율 90%)보다 높았다(Fig. 5).
대조구와 처리구에서 개체당 돼지풀잎벌레(성체와 유생의 합)의 수는 각각 1.2±1.9ea, 5.2±2.7ea 이었고(Fig
돼지풀잎벌레의 이동거리에 따른 단풍잎돼지풀의 생육반응에서 지상부 길이는 30m와 100m가 다른 구배보다 길었고, 기준점(C.P)과 10m에서 짧았다(Fig. 3, a).
그리고 단풍잎돼지풀은 초식자의 섭식으로 인해 생리적으로 스트레스를 받고 있었고, 초식자가 있는 곳으로부터 거리가 멀어질수록 꽃과 줄기가 길었고, 잎의 피해율은 적었다. 또한, 단풍잎돼지풀군락의 식피율이 50% 이하일 때 초식자를 도입하면 90% 이상의 단풍잎돼지풀을 제어할 수 있었지만, 식피율이 90% 이상에서는 제거의 효과가 작았다.
본 연구의 결과로 보아 돼지풀잎벌레는 단풍잎돼지풀을 생물학적으로 효과적으로 방제할 수 있을 것이라 판단되는데 특히 돼지풀잎벌레의 단풍잎돼지풀 섭식효과를 최대로 증대시키는 방법은 식피율이 낮은 단풍잎돼지풀의 생육초기(5월)에 맞추어 이른 시기에 돼지풀잎벌레를 투입해야 한다. 그리고 돼지풀잎벌레의 방제 대상 식물을 제외한 더 많은 자생식물 및 재배식물을 대상으로 지속적인 기주특이성 연구와 함께 테스트베드를 선정하여 단풍잎돼지풀의 대규모 군락에서의 제어 효과에 관한 연구도 같이 진행되어야 한다.
본 연구의 결과로 보아 돼지풀잎벌레를 활용한 생물학적 방제는 단풍잎돼지풀이 고밀도로 넓은 면적에 분포하는 곳이 적합할 것으로 판단되며, 단풍잎돼지풀을 효과적으로 제어하기 위해서는 식피율이 낮은 단풍잎돼지풀군락에 개체들의 잎을 섭식함으로써 생육을 방해할 수 있게 단풍잎돼지풀의 생육초기(5월)에 맞추어 돼지풀잎벌레를 투입해야 한다. 하지만, 곤충을 활용한 생물학적 방제의 성공적이고, 안정적인 적용을 위해서는 활용 대상 곤충의 사육 및 방사 이후 관리 방법이 중요할 것이라 판단되는데 특히 돼지풀잎벌레는 외래생물이므로 방제 시 방출량과 방제 후 방제기간 동안 방제지역 주변으로 개체의 분포범위에 대한 지속적인 모니터링이 필요하고, 이러한 점을 고려하였을 때 소규모의 군락부터 적용이 필요하며, 이와 함께 기주특이성 연구, 대규모 군락에서의 연구 등의 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
연구기간 동안 단풍잎돼지풀의 고사율은 Low Coverage(식피율 10%), Middle Coverage(식피율 50%), High Coverage(식피율 90%)에서 각각 97.8%, 91.2%, 0% 이었다(Fig. 6).
3, c). 잎의 피해율과 개체당 돼지풀잎벌레(성충과 유충의 합)의 수는 기준점(C.P)이 다른 구배보다 가장 많았고, 30m와 100m가 가장 적었는데 특히 100m에서는 모든 개체가 잎의 피해는 없었고, 돼지풀잎벌레의 성충과 유충 모두 발견되지 않았다(Fig. 3, b, d).
6%) 순으로 높았고, 나머지 104 과는 속한 분류군이 5% 이하였다(Table 2). 출현식물 중 돼지풀잎벌레가 섭식하는 식물은 국화과의 3 분류군에서 섭식이 확인되었고, 나머지 106 과에 속하는 분류군에서는 섭식이 확인되지 않았다.
6). 특히 단풍잎돼지풀의 고사율은 봄(5월)에서 여름(6월)으로 넘어가는 시기에 Low Coverage (식피율 10%)와 Middle Coverage(식피율 50%)에서 각각 58.2%, 48.5%로 다른 시기보다 가장 높았는데 6월에서 7월로 넘어가는 시기보다 평균 3.9배(Low Coverage (식피율 10%): 고사율 14.3%(약 4.1배), Middle Coverage(식피율 50%): 고사율 13.2%(약 3.7배)), 7월에서 8월로 넘어가는 시기보다 평균 2.0배(Low Coverage (식피율 10%): 고사율 25.3%(약 2.3배), Middle Coverage(식피율 50%): 고사율 29.4%(약 1.6배)) 높았다(Fig. 6).

후속연구

본 연구의 결과로 보아 돼지풀잎벌레는 단풍잎돼지풀을 생물학적으로 효과적으로 방제할 수 있을 것이라 판단되는데 특히 돼지풀잎벌레의 단풍잎돼지풀 섭식효과를 최대로 증대시키는 방법은 식피율이 낮은 단풍잎돼지풀의 생육초기(5월)에 맞추어 이른 시기에 돼지풀잎벌레를 투입해야 한다. 그리고 돼지풀잎벌레의 방제 대상 식물을 제외한 더 많은 자생식물 및 재배식물을 대상으로 지속적인 기주특이성 연구와 함께 테스트베드를 선정하여 단풍잎돼지풀의 대규모 군락에서의 제어 효과에 관한 연구도 같이 진행되어야 한다.
본 연구의 결과로 보아 돼지풀잎벌레를 활용한 생물학적 방제는 단풍잎돼지풀이 고밀도로 넓은 면적에 분포하는 곳이 적합할 것으로 판단되며, 단풍잎돼지풀을 효과적으로 제어하기 위해서는 식피율이 낮은 단풍잎돼지풀군락에 개체들의 잎을 섭식함으로써 생육을 방해할 수 있게 단풍잎돼지풀의 생육초기(5월)에 맞추어 돼지풀잎벌레를 투입해야 한다. 하지만, 곤충을 활용한 생물학적 방제의 성공적이고, 안정적인 적용을 위해서는 활용 대상 곤충의 사육 및 방사 이후 관리 방법이 중요할 것이라 판단되는데 특히 돼지풀잎벌레는 외래생물이므로 방제 시 방출량과 방제 후 방제기간 동안 방제지역 주변으로 개체의 분포범위에 대한 지속적인 모니터링이 필요하고, 이러한 점을 고려하였을 때 소규모의 군락부터 적용이 필요하며, 이와 함께 기주특이성 연구, 대규모 군락에서의 연구 등의 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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