돼지풀에 관하여

돼지풀(Ambrosia artemisiifolia)은 1999년에 대한민국에서 생태계교란식물로 지정되었다. 생태계와 건강에 안 좋은 영향을 미칠 위험성이 있는 식물이다. 적응력이 높고 널리 분포한다. 우리나라에서 돼지풀은 주로 어디에 분포하고 있을까? 활용법은 있을까? 약용 특성이 있을까? 어떻게 관리할 수 있을까?

돼지풀은 북아메리카 원산이다. 세계 여러 지역에 성공적으로 자리 잡았다. 돼지풀은 농경지, 도로변, 정원 및 폐기물 처리장 등에서 번성한다. 모두 교란이 심한 곳이다. 우리나라는 기후가 온화하여 돼지풀이 번성하기 적합한 환경이다. 따라서 돼지풀이 전국적으로 빠르게 번식하기 쉽다.

1. 돼지풀 특징

우리나라 여러 지역에서 돼지풀을 발견할 수 있다. 특히 서부와 남부 지역에 많이 분포한다. 돼지풀은 외래 침입종이고, 사람의 건강 및 지역 생태계에 해로운 영향을 미치기에 그 확산 방지와 관리가 필요하다.

생태학자와 환경운동가들은 돼지풀에 관해 많은 걱정을 한다. 돼지풀은 수천 개의 씨앗을 생산할 수 있다. 이 씨앗들은 가벼워 바람에 의해 쉽게 분산된다. 그리고 어디에나 잘 적응하여 자리를 잡는다.

2. 돼지풀의 부정적인 영향

돼지풀은 빈틈없이 생장하기에 다른 식물의 생장을 방해한다. 따라서 생물다양성을 감소시키고 생태계 불균형을 초래할 수 있다. 또한 햇빛, 물 및 영양소와 같은 자원을 두고 작물과 경쟁한다. 이는 농업 생산성을 위협한다.

게다가 돼지풀은 많은 양의 꽃가루를 생산한다. 이는 알레르기성 비염 및 알레르기 반응을 일으킨다. 인간과 동물의 건강에 나쁜 영향을 미치는 것이다.

3. 돼지풀 효능

이처럼 생태학적 영향은 부정적이지만 약용 가능하다. 돼지풀은 잠재적인 치료 특성을 지니기에 오랫동안 전통 의학에서 사용되어 왔다. 우리나라에서는 잎이나 뿌리 같은 부분을 한약재로 사용해 왔다.

돼지풀은 항염, 진경 작용 및 이뇨작용을 갖고 있다고 알려져 있다. 호흡기 질환, 소화 장애 및 피부 트러블 등을 치료하는 데 사용되어 왔다. 그러나 돼지풀을 의약품으로 사용하는 경우, 주의를 기울여야 한다. 잘못된 용량이나 투여는 부작용을 일으킬 수 있기 때문이다.

우리나라에서는 돼지풀의 번성을 막기 위해 다양한 관리 전략을 시행하고 있다. 예방 조치와 적극적인 관리가 모두 포함된다.

4. 돼지풀 예방 조치

예방 조치로서, 돼지풀의 유해한 영향에 대해 일반 대중과 농업 사회의 인식을 고양시키고 있다. 교육을 통해 돼지풀 식별 방법과 적절한 처분 방법을 알려준다. 이는 추가적인 번식을 방지하는 데 도움이 된다. 또한 돼지풀이나 씨앗의 수입과 재배를 방지하기 위해 엄격한 규제를 시행한다.

5. 돼지풀 통제 방법

적극적인 통제 방법에는, 기계적 제거, 화학적 통제, 생물학적 통제가 포함된다. 기계적 제거는 식물을 뿌리째 제거하거나 베어 씨앗 생산을 방지하는 방법이다. 화학적 통제는 돼지풀을 표적으로 하는 제초제의 사용을 포함한다. 생물학적 통제는 곤충이나 병원체 같은 자연적인 천적을 도입하는 방법이다.

이처럼 돼지풀은 북미 원산의 외래 침입종으로 대한민국에 널리 분포하고 있다. 생태계와 건강에 위협을 가하지만 약용 잠재력이 있다. 효과적인 관리 전략을 시행하여 번식을 통제하고 토착 생태계를 보호해야 한다. 인식 제고, 예방 조치의 채택 및 적절한 통제 방법의 사용은 필수적이다. 이를 통해 대한민국은 생태계와 건강에 미치는 위협을 최소화해야 한다.

토양종자은행

흙은 종자은행이다. 흙에서 싹이 트고 작은 풀부터 크디큰 나무가 쑥쑥 올라온다. 흙에는 은행처럼 종자가 저축되어 있기 때문이다. 이를 ‘토양종자은행’이라 일컫는다.

토양종자은행의 경제적 중요성 때문에 특히 농학에서 종자은행을 집중적으로 연구해 왔고, 산림 재생 및 복원생태학 또한 토양종자은행에 관심을 기울인다.

“‘토양종자은행’은 토양 내 혹은 표면에 존재하는 생명력 있는 종자의 모임으로, 잠재 식생의 대표적인 형태입니다. (중략) 이 풍부하고 다양한 식물의 종자는 토양층 표면이나 흙 속에 파묻혀서, 발아하기 적합한 시기를 기다립니다.

기회가 찾아오면 재빨리 발아하여 습지의 식생을 항상 풍성하고 높은 생물다양성이 유지되도록 합니다.”([아하!생태!] 토양은 종자은행… 연못가 진흙 세 숟가락서 537개 식물 싹 틔워, 한국일보 2019.1.19.)

종자는 흙 속에서 ‘휴면상태’를 유지하여 발아하기 적합한 시기를 기다린다. 어떤 종자들은 1~5년 이내에 발아하거나 고사하고, 어떤 종자들은 5년 이상을 생존한다.

장기 생존하는 종자들은 최대 40년을 땅속에서 생존한다고 하는데, 드물게는 1,600년을 생존한 것도 있다고 한다. 이렇듯 종자마다 수명이 서로 다르고 다양한 요인에 의해서도 달라지지만 대부분은 100년을 넘기 힘들다.  

화재, 기상 악화, 작물 경작, 목재 수확은 토양을 교란시키는데, 종자은행은 이 교란된 땅이 다시금 식물로 뒤덮이게 하는 데 중요한 역할을 한다. 종자은행이 탄탄히 건설되지 않은 땅은 식생을 재형성하는 데 어려움이 있지만, 종자은행이 잘 갖추어져 있는 땅은 생물다양성을 빠르게 회복해 간다.

토양종자은행의 종 다양성이 풍부할수록 지상 식물군의 종 다양성이 증가할 수 있다. 그러나 토양종자은행에 저장된 종자들이 반드시 현존 식생을 반영하거나 대표하지는 않는다.

최근의 한 해외 연구에 따르면, 종자은행의 가장 중요한 역할은 생태계를 보전하고 번식체를 제공하는 것이라고 한다. 종자은행은 산불, 수확, 벌목 등으로 인해 황폐화된 산림의 하층 식물 군집의 구성과 공간적 조직을 파악하는 데 매우 중요하다.

토양종자은행을 통한 재생은 생물다양성 회복을 가능하게 하고 산림보호구역의 자연 재생에 매우 중요하다(자료: Significance of Soil Seed Bank in Forest Vegetation—A Review, Anju M. V. et al., 2022).

토양종자은행에 대한 연구는 아직 갈 길이 멀다. 지상에서 멸종된 토종식물들과 멸종위기 자생식물들의 종자가 혹시 은밀한 토양종자은행에서 휴면상태로 있을지 모를 일이다. 연구의 심화발전을 통해, 생물다양성과 경관이 재생, 복원되면 좋을 것이다.

단풍잎돼지풀 관련 미국 학술논문들

단풍잎돼지풀은 북아메리카가 원산지인 데다가, 대규모로 화학농사를 짓는 미국 농업의 큰 골칫거리이다. 이에 관해 어떤 문제에 초점을 맞추고 어떤 연구가 이루어져 왔는지 틈틈이 들여다보기로 한다. 인터넷 검색 결과 가운데, 특별한 순서 없이, 되도록 최근의 연구들이 눈에 띄는 대로 소개를 이어가고자 한다.   

1. 대두 경작지 및 밭 가장자리에서 단풍잎돼지풀(Ambrosia trifida) 종자 생산 및 보유

(Giant ragweed(Ambrosia trifida) seed production and retention in soybean and field margins). Goplen, J. J., C. C. Sheaffer, R. L. Becker, J. A. Coulter, F. R. Breitenbach, L. M. Behnken, G. A. Johnson 및 J. L. Gunsolus. Weed Technology, 2016.

제초제에 내성을 갖는 잡초들이 농작물 생산에서 점점 더 문제가 되고 있으므로 잡초 방제를 위한 대안적 전략이 필요하다. 농경지에서 가장 경쟁적인 잡초 중 하나인 단풍잎돼지풀은 제초제에 내성을 진화시켰기에 새롭고 통합적인 잡초 방제법의 개발이 필요하다. 본 연구는 대두밭과 밭 가장자리에서 자란 단풍잎돼지풀의 종자 보유량과 기간을 평가했다. 2012~2014년 수확기 동안 종자 수집 트랩을 사용하여 매주 단풍잎돼지풀의 종자 보유량을 모니터링했다. 단풍잎돼지풀은 식물당 평균 1,818개의 종자를 생산했으며, 66%는 잠재적으로 생존할 수 있는 종자였다. 이 종자들은 미네소타 대두 수확기까지 식물에 남아 있었으며, 연구 기간 중 미네소타 대두 수확이 약 75% 완료된 10월 11일에는 전체 종자의 평균 80%가 남아 있었다. 이는 제초제에 내성을 기른 단풍잎돼지풀을 대두 수확 전이나 수확기에 관리할 수 있음을 시사한다.

2. 꽃가루 매개 유전자 흐름과 제초제에 내성이 있는 활엽 잡초로부터의 내성 대립유전자의 전이

(Pollen-mehttps://bioone.org/journals/weed-technology/volume-35/issue-2/wet.2020.101/Pollen-mediated-gene-flow-and-transfer-of-resistance-alleles-from/10.1017/wet.2020.101.fulldiated gene flow and transfer of resistance alleles from herbicide-resistant broadleaf weeds). Jhala, A. J., J. K. Norsworthy, Z. A. Ganie, L. M. Sosnoskie, H. J. Beckie, C. A. Mallory-Smith, J. Liu, W. Wei, J. Wang, and D. E. Stoltenberg. Weed Technology. 2021.

꽃가루 매개 유전자 흐름은 한 식물에서 다른 호환 가능한 식물로 유전 정보(대립유전자)가 전이되는 것을 말한다. 제초제에 내성을 갖추는 잡초의 진화와 함께 꽃가루 매개 유전자 흐름은 내성 대립유전자를 전이시키는 데 중요한 역할을 하지만, 이 주제는 잘 다루어지지 않았다. 본 연구는 활엽 잡초인 토끼풀, 단풍잎돼지풀 등으로부터 제초제 내성 대립유전자가 전이될 가능성을 검토하고자 했다. 연구에 따르면 제초제 내성 대립유전자의 전이는 현장 조건에서 일상적으로 발생하며, 생식생물학, 환경 및 농업 관행 등 여러 요인의 영향을 받는 것으로 나타났다. 단풍잎돼지풀의 다량의 꽃가루 생산은 이 꽃가루 매개 유전자 흐름에 기여한다. 연구 결과는 종내 및 종간 유전자 흐름이 발생할 수 있으며, 느린 속도라도 제초제 내성 대립유전자의 확산에 기여할 수 있음을 확인했다.

3. 기후변화 예측에 따른 중국에서 2종의 돼지풀의 잠재적 분포

(Potential distribution of two Ambrosia species in China under projected climate change). Qin, Z., A. DiTommaso, R. S. Wu, and H. Y. Huang. Weed Research. 2014.

돼지풀(Ambrosia artemisiifolia)과 단풍잎돼지풀(Ambrosia trifida)이 중국의 넓은 지역을 점령하면서 상당한 우려가 제기되고 있다. 본 연구는 자생 지역(북미)과 침입 지역(예: 유럽 북부 및 남서부)의 발생 기록을 바탕으로 중국 내 이 두 종에 적합한 서식지 가용성과 분포를 예측했다. 또한 2050년까지 서식지 적합성 관련 잠재적 변화를 평가했다. 미래 기후변화 시나리오에 따른 잠재적 분포 예측 결과, 돼지풀 분포의 평균 적합 면적 비율 증가(2.21%)와 서식지 증가(1.49%)가 예상되며, 동남 해안 지역, 대만 북부 및 중국 북부로 더 확장될 것으로 예측된다. 중국 북부로 계속 확산될 가능성이 있지만 단풍잎돼지풀의 미래 적합 면적 비율은 0.03%, 적합한 서식지 증가율은 1% 미만으로 예측되었다. 따라서 연구 결과에 따르면 관리 우선순위를 돼지풀에 둘 필요가 있다.

미국의 학계는 유해식물을 효과적으로 관리하기 위한 방안을 마련하기 위해 다양한 각도에서 접근하고 있으며, 미래를 내다보는 전략을 구체적으로 확립하고자 함을 분명히 알 수 있다.

단풍잎돼지풀 방제 관련 국내 학술논문

단풍잎돼지풀 방제 관련 국내 학술논문을 소개한다. 단풍잎돼지풀 예방, 관리, 방제를 위해서는 학술적인 연구가 필요하다. 한국학술지인용색인(Korea Citation Index, KCI)에서 검색한 결과 몇 가지이다. 논문과 초록을 연도순으로 소개하면 아래와 같다.

1 .돼지풀 및 단풍잎돼지풀의 ITS 염기서열 변이

김영동·박종욱·선병윤 외, 한국식물분류학회 식물분류학회지, 2005.12. 생물학

국내에 분포하는 대표적 침입외래식물로 돼지풀과 단풍잎돼지풀이 있다. 이 식물들이 나타내는 유전적 변이양상을 파악하고자 했다. 국내집단을 중심으로 돼지풀 157개체와 단풍잎돼지풀 46개체가 대상이다. 그로부터 핵 rDNA의 ITS(Internal Transcribed Spacer)지역 염기서열을 분석하였다.

그 결과 돼지풀에서는 총 18개의 ITS 유형이 검출되었다. 단풍잎돼지풀에서는 4개의 유형이 검출되었다. 돼지풀 각각의 ITS 유형 간에는 1bp에서 7bp까지 차이가 나는 것으로 확인되었다. 단풍잎돼지풀은 각 유형 간에 1bp에서 2bp의 차이가 발견되었다.

돼지풀의 국내집단에서 18개에 이르는 다양한 ITS 유형이 검출된 것이다. 이는 이 종이 우리나라에 여러 차례 반복해서 유입되었기 때문인 것으로 풀이된다.

한편 일부 ITS 유형은 유전적 재조합에 의해 형성되었을 가능성이 있다. 각각 한 개체에서만 발견된 12개의 소수 유형들도 있다. 이들은 국내에서 독자적으로 기원했을 것으로 추정된다. 점돌연변이 또는 그에 뒤이은 유전적 재조합에 의해서이다.

본 연구를 통해 유전적 기초정보가 확보되었다. 이는 침입과정에서 나타나는 돼지풀의 진화적 변화를 이해하는 데 유용하다.

2. 한반도에서 종 분포 모델을 이용한 두 침입외래식물, 돼지풀과 물참새피의 잠재적 분포 예측

이승현·조강현·이우주, 응용생태공학회, 2016.09. 생태학

종분포 모델은 매우 유용한 도구이다. 어떤 지역에서 침입외래종이 어떻게 확장되는지 이해할 수 있게 한다. 또한 어떤 환경 요인이 이들의 분포에 영향을 미치는지를 이해하게 해준다.

본 연구에서는 돼지풀(Ambrosia artemisiifolia)과 물참새피(Paspalum distichum)의 분포에 대하여 연구하였다. 이 두 종은 한반도에서 침입외래종이다. 이 두 종의 현재 분포지에서 기후환경 요인을 분석하였다. 그리고 이 두 종의 분포를 예측하기 위하여 Maxent(the maximum entropy) 모델을 이용하였다.

Global Biodiversity Information Facility와 우리나라의 식물종 데이터베이스에서 이 두 종의 출현 자료를 얻었다. 생물기후 자료는 WorldClim 에서 얻었다.

모델을 수행한 결과, 연구 대상종의 잠재적 분포지를 잘 설명한 방법이 확인되었다. 전 지구 위치자료를 이용한 예측이다. 자생지 위치자료를 이용한 예측 결과보다 나았다.

이들 종의 분포에 기여한 기후환경 요인이 선정되었다. 돼지풀에서는 최건월의 강수량과 연평균온도이다. 물참새피에서는 연평균온도와 최한 사분기의 평균온도이다. Maxent 종분포 모델로 외래종의 침입을 예측할 수 있다. 또한 이들의 확산을 관리하는 데 유용한 도구가 될 것으로 생각된다.

3. 토양 방선균 N-29 배양 여액을 활용한 단풍잎돼지풀 방제효과

곽화숙·김영숙·김재덕 외, 한국잔디학회, 2019.09. 농학

단풍잎돼지풀은 북아메리카 원산의 귀화식물이다. 아시아뿐만 아니라 원산지에서도 유해한 잡초로 알려져 있다. 1999년에 환경부 생태계교란식물로 지정되었다.

본 실험은 Streptomyces scopuliridis KR-001의 개량 균주인 N-29 배양 여액을 사용했다. 단풍잎돼지풀의 방제효과를 확인해 보고자 하였다. 온실 및 포장조건에서 수행하였다.

N-29 균주 배양 여액을 온실조건에서 초기(2-3엽), 중기(4-5엽), 후기(7-8엽)의 단풍잎돼지풀에 경엽처리했다. 이때 모든 처리 농도범위에서 완전히 방제되었다. 또한 단풍잎돼지풀이 자연 발생한 포장조건(5-6엽)에서도 수행했다. 이때 매우 탁월한 단풍잎돼지풀 방제 효과를 나타냈다. 이러한 방제효과는 처리 21일 이후에도 약효가 지속되었다.

외형적으로 발현되는 주요 증상들이 있었다. 경엽처리 후 24시간 이내에 수침상(water soaked)의 반점이 발현되었다. 그리고 황화(chlorosis) 및 고사(leaf burn-down)로 진행되었다. 궁극적으로는 잎이 낙엽화(defoliation)되어 사멸되었다.

살초특성으로는 온실 및 포장조건에서 N-29 배양 여액 처리 후 24시간 이내에 외형적으로 증상이 발현되는 속효성이었다. 그리고 처리된 부위에 살초증상이 발현되었다. 접촉형 제초제의 양상을 나타내는 것이다.

이상의 실험 결과로부터 확인된 바는 다음과 같다. 토양 방선균 N-29 균주 배양 여액은 생태계교란 광엽식물 단풍잎돼지풀 방제 효과가 있다. 친환경적인 방제제 후보소재로서 활용 가능성이 있다.

이 밖에 학술논문들을 앞으로 틈틈이 소개하기로 한다.