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.

생태계교란식물 관리

생태계교란식물 관리는 꼭 필요하다. 생태학에서 교란의 정의는 특정 기준 상태나 생태계와 관련된다. 생태학적 구성 요소 또는 생태계에 끼치는 혼란이나 스트레스이다. 그러한 비생물학적 또는 생물학적 물리적인 힘, 행위자, 과정이다.

생태계교란식물이란 기존의 식생이나 생태계에 혼란이나 스트레스를 일으키는 식물이다. 생태계를 교란시키는 동물도 있다. 우리나라는 ‘생태계교란생물’을 지정한다. 국가적인 관리를 위해서이다. 이는 「생물다양성 보전 및 이용에 관한 법률」에 따른다.

생태계에 미치는 위해가 큰 생물을 생태계교란생물로 정한다. 이는 환경부에서 지정고시한다.

1. 국가 지정 생태계교란식물

국가 지정 생태계교란식물은 현재까지 16종이다. 지정 연도 순으로 열거하면 다음과 같다. 돼지풀(1999). 단풍잎돼지풀(1999). 서양등골나물(2002). 털물참새피(2002). 물참새피(2002). 도깨비가지(2002). 애기수영(2009). 가시박(2009). 서양금혼초(2009). 미국쑥부쟁이(2009). 양미역취(2009). 가시상추(2012). 갯줄풀(2016). 영국갯끈풀(2016). 환삼덩굴(2019). 마늘냉이(2020).

2. 생태계교란식물 관리 노력

정부가 관심을 갖고 생태계교란식물 관리에 나선 지 20년이 훌쩍 넘었다. 그 효과는 얼마 정도일까? 한 언론 보도는 다소 충격적이다.

“생태계를 위협하는 외래식물의 서식지 면적이 늘고 있다. 10년 사이 6배나 늘었다. 하지만 뾰족한 대책이 없다. (중략) 제거 작업이 14년째 이어지고 있다. 하지만 외래식물 서식지는 계속 늘었다.

처음 실태조사가 이뤄진 건 2009년이었다. 그때 면적은 256만 제곱미터였다. 지난해에는 1천 507만 제곱미터였다. 6배가량 늘어난 것이다.”(MBC뉴스, “끈질긴 생태계 교란 식물‥서식지 6배 확산”, 수정하여 인용함, 2022. 8. 21.)

이 보도는 다음의 논평을 잊지 않는다. “유해 외래 식물에 대해 정부 차원의 노력이 필요하다. 근본적인 연구와 제거 대책이 시급해 보인다.”

정부는 생태계교란식물 관리를 위해 노력해 왔다. 유입 원인을 찾고 방지 대책을 마련하고자 한다. 국립생태원이 2020년 펴낸 가이드북은 그 사례이다. 이 가이드북은 적절한 예방과 관리의 가이드라인을 제시하고자 했다.

전국에서 대규모로 도로개발 공정이 벌어진다. 이것이 생태계에 미치는 폐해를 올바르게 인식시키고자 했다.

“외래식물의 유입과 확산을 촉진하는 가장 큰 요인이 있다. 자연 생태계에서 인간 활동에 의한 지속적인 교란과 서식지 파편화이다.

그중에서도 주요인은 도로, 철도 등 긴 선형구조의 개발 사업이다. 이것이 생태계 교란과 서식지 파편화를 발생시킨다.

특히 도로는 외래식물의 생육 거점이다. 또한 확산의 주요 원인이 되고 있다. 도로를 따라 주변 지역으로 빠르게 전파된다.”사후환경영향조사 대상 도로건설 사업장에서 외래식물과 생태계교란 식물 현장관리》(국립생태원, 2020)–수정하여 인용함.

하천 정비 사업 또한 인간 활동에 의한 지속적인 교란이다. 이는 도로 및 철도 사업에 버금 가는 요인으로 짐작된다.

오늘날 자연 하천을 직강화하고 인공 수로로 개발하고 있다. 그 결과 하천과 주변까지 즉각 생태계교란식물이 점령한다. 이는 경험적으로도 명백한 사실이다.

3. 생태계교란식물 관리와 서식지의 복원

국립생태원의 가이드북은 “서식지 파편화”를 잊지 않았다. 놓치지 말아야 할 표현이다. 자연의 생태계는 동식물의 서식지이다. 그리고 서로 연결, 연관되어 있다.

그러나 오늘날 거의 모든 서식지는 분절, 단절, 파편화되었다. 대부분의 인간 활동과 개발의 결과이다. 서식지가 서로 연결, 연관되지 않는다면? 분절되고 파편화된다면? 그것은 서식지로서의 기능을 상실한다.

개발된 땅에도 나무가, 녹지가, 강물이 보일지도 모른다. 사람의 눈에는 그럴 수도 있다. 그러나 본디 그 나무에, 거기 있던 숲에, 강물에 깃들어 있던 동식물도 그대로 있을까? 대부분 이미 급감하거나 사라져 있다.

생태계교란식물을 억제하는 방안이자 궁극적인 지향점은 무엇일까? 분절된 서식지의 연결과 복원이 아닐까?

그것은 단지 정부만의 의무가 아니다. 민간의 노력이 반드시 필요하다. 지역의 현황과 특성을 파악해야 한다. 실질적인 대안을 마련할 수 있어야 한다. 시민과학이 해야 할 역할이 바로 이것이다.