장즈핑(Zhang Zhiping) 온실 원예 농업 공학 기술 원문 작성, 2022년 8월 26일 17:20, 베이징 게시

중국은 친환경적인 예방 및 통제와 살충제 사용 제로화를 위한 계획을 수립했으며, 곤충의 광주성을 이용한 농작물 해충 방제 신기술을 널리 보급하고 적용해 왔다.

스펙트럼 기반 해충 방제 기술의 원리

분광학적 기술을 이용한 해충 방제는 곤충의 생리적 특성에 기반합니다. 대부분의 곤충은 공통적인 가시광선 파장 영역을 가지고 있는데, 이 중 일부는 눈에 보이지 않는 UVA 대역에 집중되어 있고, 나머지는 가시광선 영역에 집중되어 있습니다. UVA 대역은 가시광선 영역과 광합성 활동 범위 밖에 있기 때문에, 이 영역에 대한 연구적 개입은 곤충의 광합성 활동이나 광합성에 영향을 미치지 않습니다. 연구자들은 이 UVA 대역을 차단함으로써 곤충의 활동 사각지대를 만들고, 곤충의 활동을 감소시켜 작물을 해충으로부터 보호하고 바이러스 전파를 줄일 수 있다는 것을 발견했습니다. 가시광선 영역의 경우, 작물과 멀리 떨어진 지역에서 이 영역의 파장을 강화하여 곤충의 활동 방향을 차단함으로써 작물의 해충 피해를 예방할 수 있습니다.

시설 내 흔한 해충

재배 시설에서 흔히 발생하는 해충으로는 총채벌레, 진딧물, 흰파리, 잎굴파리 등이 있습니다.

총채벌레 발생

진딧물 감염

흰파리 감염

잎굴파리 침입

시설 해충 및 질병의 스펙트럼 제어 솔루션

연구 결과, 앞서 언급된 곤충들은 공통적인 생활 습성을 가지고 있는 것으로 나타났습니다. 이 곤충들의 활동, 비행, 먹이 탐색은 특정 파장 대역의 스펙트럼 탐색에 의존하는데, 예를 들어 진딧물과 흰파리는 자외선(파장 약 360nm)과 녹색에서 노란색(520~540nm) 대역에 대한 수용 기관을 가지고 있습니다. 이 두 대역에 빛이 차단되면 곤충의 활동이 방해받고 번식률이 감소합니다. 총채벌레 또한 400~500nm 대역의 가시광선 영역에 대한 감도를 가지고 있습니다.

부분적으로 색이 있는 빛은 곤충을 착륙하도록 유도하여 곤충을 유인하고 포획하기에 유리한 조건을 조성할 수 있습니다. 또한, 높은 태양광 반사율(광량의 25% 이상)은 곤충이 부착되는 것을 방지할 수 있습니다. 빛의 강도, 파장, 색 대비와 같은 광학적 특성 또한 곤충의 반응 정도에 큰 영향을 미칩니다. 어떤 곤충은 자외선과 황록색의 두 가지 가시광선 스펙트럼을, 어떤 곤충은 자외선, 청색광, 황록색의 세 가지 가시광선 스펙트럼을 가지고 있습니다.

흔한 곤충의 가시광선 감지 띠

또한, 해충은 음성 광주성(negative phototaxis)으로 인해 방해를 받을 수 있습니다. 곤충의 생활 습성을 연구함으로써 두 가지 해충 방제 방법을 적용할 수 있습니다. 첫째, 온실 내 곤충의 활동 범위인 자외선 영역과 같은 차단 가능한 스펙트럼 영역에서 온실 환경을 변화시켜 해당 대역에서 해충이 "시각 장애"를 일으키도록 하는 것입니다. 둘째, 차단 불가능한 영역에서는 온실 내 다른 수용체의 색광 반사 또는 산란을 증가시켜 해충의 비행 및 착륙 방향 감각을 방해하는 것입니다.

자외선 차단 방법

자외선 차단 방법은 온실 필름과 방충망에 자외선 차단제를 첨가하여 온실 내부로 들어오는 빛 중 곤충이 민감하게 반응하는 주요 파장대를 효과적으로 차단하는 것입니다. 이를 통해 곤충의 활동을 억제하고 해충의 번식을 줄이며 온실 내 작물 간 병해충 전파를 감소시킬 수 있습니다.

스펙트럼 곤충망

50메쉬(높은 메쉬 밀도) 방충망은 단순히 메쉬 크기만으로 해충을 막을 수 없습니다. 오히려 메쉬가 넓어 통풍은 잘 되지만, 해충 방제는 제대로 되지 않습니다.

고밀도 방충망의 보호 효과

스펙트럼 방충망은 원료에 자외선 차단 첨가제를 넣어 해충이 민감한 빛 대역을 차단합니다. 방충 효과는 그물코 밀도에만 의존하는 것이 아니라, 그물코 밀도가 낮은 방충망을 사용해도 얻을 수 있습니다. 즉, 통풍을 원활하게 유지하면서도 효율적인 방충이 가능합니다. 따라서 재배 시설에서 통풍과 방충 사이의 상충 관계를 해결하고, 두 가지 기능적 요구 사항을 모두 충족하는 균형을 이룰 수 있습니다..

50메쉬 방충망 아래의 스펙트럼 대역 반사율을 살펴보면, 자외선 대역(해충이 민감한 광대역)이 크게 흡수되어 반사율이 10% 미만임을 알 수 있습니다. 이러한 방충망이 설치된 온실 환기창 주변에서는 곤충이 이 대역에서 거의 빛을 감지하지 못합니다.

스펙트럼 곤충 채집망의 스펙트럼 대역 반사 지도 (50 메쉬)

스펙트럼이 다른 곤충 그물

연구진은 스펙트럼 방충망의 방충 성능을 검증하기 위해 토마토 재배지에서 50망 일반 방충망, 50망 스펙트럼 방충망, 40망 일반 방충망, 40망 스펙트럼 방충망을 사용하여 실험을 진행했습니다. 성능과 망 밀도가 다른 방충망을 이용하여 흰파리와 총채벌레의 생존율을 비교했습니다. 모든 실험에서 50망 스펙트럼 방충망 아래의 흰파리 수가 가장 적었고, 40망 일반 방충망 아래의 흰파리 수가 가장 많았습니다. 동일한 망 밀도에서 스펙트럼 방충망 아래의 흰파리 수가 일반 방충망보다 현저히 적다는 것을 분명히 확인할 수 있었습니다. 동일한 망사 크기에서, 스펙트럼 방충망 아래의 총채벌레 수는 일반 방충망 아래의 총채벌레 수보다 적으며, 심지어 40망 스펙트럼 방충망 아래의 총채벌레 수는 50망 일반 방충망 아래의 총채벌레 수보다도 적습니다. 일반적으로, 스펙트럼 방충망은 통기성을 유지하면서도 망사 크기가 큰 일반 방충망보다 더 강력한 방충 효과를 낼 수 있습니다.

그물코 간격이 다른 방충망과 일반 방충망의 방충 효과 비교

동시에 연구진은 50메쉬 일반 방충망, 50메쉬 스펙트럼 방충망, 그리고 68메쉬 일반 방충망을 사용하여 토마토 재배 온실 내 총채벌레 발생량을 비교하는 추가 실험을 진행했습니다. 그림 10에서 볼 수 있듯이, 동일한 일반 방충망이라도 망의 밀도가 높은 68메쉬 방충망은 50메쉬 일반 방충망보다 방충 효과가 훨씬 뛰어났습니다. 그러나 동일한 50메쉬 스펙트럼 방충망은 68메쉬 일반 방충망보다 총채벌레 발생량이 적었습니다.

서로 다른 방충망 아래에서 발견된 총채벌레 수 비교

또한, 성능과 망 밀도가 서로 다른 50메쉬 일반 방충망과 40메쉬 스펙트럼 방충망을 사용하여 부추 재배 지역에서 끈끈이판당 총채벌레 수를 비교한 결과, 망 밀도가 낮더라도 스펙트럼 방충망이 망 밀도가 높은 일반 방충망보다 방충 효과가 더 뛰어난 것으로 나타났다.

생산 과정에서 서로 다른 해충 방제망을 사용했을 때 총채벌레 개체 수 비교

성능이 다른 동일한 메쉬의 방충 효과를 실제로 비교한 결과

 스펙트럼형 방충 필름

일반 온실 덮개 필름은 자외선 파장의 일부를 흡수하는데, 이는 필름 노화를 가속화하는 주요 원인입니다. 본 기술에서는 곤충이 민감하게 반응하는 UVA 대역을 차단하는 첨가제를 온실 덮개 필름에 독자적으로 첨가하여, 필름의 정상적인 사용 수명에는 영향을 미치지 않으면서 방충 기능을 갖춘 필름을 제조했습니다.

자외선 차단 필름과 일반 필름이 흰파리, 총채벌레, 진딧물 개체수에 미치는 영향

파종 시기가 진행됨에 따라 일반 필름 아래에서의 해충 발생 건수는 자외선 차단 필름 아래에서의 발생 건수보다 훨씬 높은 것으로 나타났습니다. 이러한 필름을 사용할 때는 재배자가 온실 운영 시 출입구와 환기구 관리에 특별히 주의를 기울여야 하며, 그렇지 않으면 필름의 효과가 감소할 수 있다는 점을 유의해야 합니다. 자외선 차단 필름은 해충 방제에 효과적이어서 살충제 사용량을 줄여줍니다. 시설 내 유스토마 재배 시 자외선 차단 필름을 사용하면 잎굴파리, 총채벌레, 흰파리 등의 해충 발생 건수나 살충제 사용량 모두 일반 필름보다 적습니다.

자외선 차단 필름과 일반 필름의 효과 비교

자외선 차단 필름과 일반 필름을 사용한 온실 내 살충제 사용량 비교

광색 간섭/포획법

색채굴성은 곤충의 시각 기관이 특정 색에 대해 보이는 회피 반응입니다. 해충이 가시광선 스펙트럼의 특정 색에 민감하다는 점을 이용하여 해충의 이동 방향을 방해함으로써 작물에 대한 해충의 피해를 줄이고 살충제 사용량을 절감할 수 있습니다.

필름 반사 간섭

생산 과정에서 황갈색 필름의 노란색 면이 위로 향하게 설치되면, 진딧물이나 흰파리 같은 해충들이 광주성 때문에 필름에 많이 달라붙습니다. 동시에 여름철에는 필름 표면 온도가 매우 높아져 필름 표면에 붙어 있는 해충들이 대량으로 사멸하므로, 이러한 해충들이 작물에 무분별하게 붙어 발생하는 피해를 줄일 수 있습니다. 은회색 필름은 진딧물, 총채벌레 등의 음성 굴광성을 이용하여 빛을 반사합니다. 오이와 딸기 재배 온실을 은회색 필름으로 덮으면 이러한 해충으로 인한 피해를 효과적으로 줄일 수 있습니다.

다양한 종류의 필름을 사용하여

토마토 생산 시설에서 황갈색 필름의 실제 효과

색깔 있는 차양망의 반사 간섭

온실 위에 색깔이 다른 차광망을 씌우면 해충의 색광 특성을 이용하여 작물 피해를 줄일 수 있습니다. 노란색 차광망에 머무른 흰파리의 수는 빨간색, 파란색, 검은색 차광망에 머무른 수보다 훨씬 많았습니다. 노란색 차광망으로 덮인 온실 안의 흰파리 수는 검은색 차광망과 흰색 차광망에 비해 현저히 적었습니다.

다양한 색상의 차양망을 이용한 해충 방제 상황 분석

알루미늄 호일 반사 차양망의 반사 간섭

알루미늄 호일 반사망을 온실 측면에 설치한 결과, 흰파리의 수가 현저히 감소했습니다. 일반 방충망과 비교했을 때, 총채벌레의 수도 제곱미터당 17.1마리에서 감소했습니다.²4.0 헤드/m까지².

알루미늄 호일 반사망의 사용

접착식 보드

생산 과정에서 노란색 판은 진딧물과 흰파리를 유인하여 죽이는 데 사용됩니다. 또한, 총채벌레는 파란색에 민감하고 강한 청색 주화성을 보입니다. 따라서 생산 과정에서 곤충의 색채 주화성 이론을 활용하여 파란색 판 등을 사용하여 총채벌레 등을 유인하고 죽일 수 있습니다. 그중에서도 과녁 모양이나 무늬가 있는 리본이 곤충을 유인하는 데 더욱 효과적입니다..

과녁 모양이나 무늬가 있는 접착 테이프

인용 정보

Zhang Zhiping. 시설에서의 스펙트럼 해충 방제 기술 적용 [J]. 농업공학기술, 42(19): 17-22.