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매미나방 Lymantria dispar (Linnaeus, 1758)은 나비목(Lepidoptera) 태극나방과(Erebidae)의 독나방아과(Lymantriinae)에 속하는 종으로 전국적으로 분포한다(Shin et al., 2008). 그동안 국지적인 수준에서 피해가 발생하였으나 2020년에는 전라권을 제외한 거의 모든 지역에서 대발생하여 큰 피해를 주었다(Jung et al., 2020). 기주식물로는 참나무류 등 활엽수를 가해하는 것 으로 알려져 있으나(Hong et al., 2019), 중앙아시아나 시베리아 나 등 극동지역에서는 낙엽송속 (Larix)도 주요 기주식물로 보고 되었으며(Schaefer et al., 1984, 1988, 2004;Tiralla et al., 2012;Orozumbekov et al., 2009), 우리나라에서도 2020년 대발생 시 일본잎갈나무, 리기다소나무 등에서도 식엽 피해가 발생하였다 (Jung et al., 2020;Lee et al., 2021).
야행성 곤충은 빛 자극에 유인되는데, 이러한 행동 특성을 이 용하여 해충발생을 예측하거나 해충방제에 적용하고 있다(Shimoda and Honda, 2013). 최근에는 기존의 유인용 인공광과 비 교하여 고효율, 선택적인 파장 조절, 낮은 전력 소모량, 긴 수명 의 장점을 가진 LED (light-emitting diode)를 광원으로 이용한 해충방제 연구가 많이 이루어지고 있다(Yeh and Chung, 2009;Kim and Lee, 2012;Cho et al., 2017). 일반적으로 곤충은 350 –700 nm 범위의 빛 파장을 인지하고 반응하며(Land, 1997), 나방 종마다 빛을 향한 비행 성향은 다르지만(Kolligs, 2000;Nowinszky, 2003), 많은 곤충 종들은 자외선을 하나의 독립적 인 색상으로 인식하는데(Koshitaka et al., 2008;von Helversen, 1972) 나방류는 단파장인 UV 파장대에서 유인력이 높은 것으 로 보고되어 있다(Brehm et al., 2021;Pan et al., 2021;Aoki and Kuramitsu, 2007;Cowan and Gries, 2009;van Langevelde et al., 2011;Bae et al., 2015;Jeon and Lee, 2016;Komatsu et al., 2020). 최근에는 LED 광원의 파장의 범위가 좁은 단색성의 빛 을 생성할 수 있으므로(Shimoda and Honda, 2013), 이에 본 연 구는 자외선 파장대(345–395 nm) 내에서 매미나방 성충의 유 인 반응을 비교함으로써, 파장별 유인 특성을 구명하고 효율적 인 LED 기반 방제 전략의 기초자료를 제공하고자 수행되었다.
재료 및 방법
2020년 매미나방이 대발생한 경기도 군포시 수리산 지역의 활엽수림에서 7월 7일부터 7월 10일까지 4일간 오후 4–5시경 에 LED 유인 트랩을 설치하고 다음 날 채집된 매미나방을 오전 10–12시 사이에 수거하여 조사하였다. LED 유인 트랩은 시중에 서 판매하는 LED 모기퇴치기(Paseco, Mothclean VMC-6700W, Korea)을 구입하여 사용하였으며, 해당 장치는 정격전원은 DC 12 V, 0.5 A, 소비전력 4 W, 제품 크기는 200 × 232 mm에 중량 이 약 359 g이다. 시험에 활용하기 위해 흡입팬 상부의 안전망 을 제거하고, 하부의 외장부를 절단하고 망사망을 설치할 수 있 도록 일부 변형하여 사용하였다(Fig. 1). 파장별 LED 광원은 LED 모기퇴치기에서 각 파장에 해당하는 LED 광원을 교체하 여 사용하였으며, 각 장치에는 한쪽 면에 3개씩, 양쪽 면에 총 6 개의 LED를 배열하여 사용하였다(Fig. 1). 본 연구에 사용된 LED 광원은 서울바이오시스(대한민국)에서 생산한 345 nm (AAP-CUD4AF1B), 365 nm (Z5-CUN66A1F), 375 nm (Z5- CUN76A1A), 385 nm (Z5-CUN86A1B), 395 nm (Z5-CUN96 A1B)를 주파장으로 하는 LED를 각각 사용하였다. 각 LED 광 원은 제조사 사양서에 근거하여 정전류 조건에서 구동하였으 며, 345 nm LED 광원은 500 mA, 365–395 nm LED 광원은 350 mA의 정방향 전류를 인가하였다. LED 광원의 정격전압, 소비전력 및 패키지 크기 등 세부 사양은 Table 1에 제시하였다. 모든 LED 광원은 파장 간 광 강도 차이를 최소화하기 위해 동일 한 보조배터리(Dongguan Yahui Electronic Technology, 중국, 3.7 V DC 20,000 mAh)를 이용하였으며, 매일 충전 된 것을 교 체하여 사용하였다.
각 파장별로 제작된 LED 유인 트랩을 6반복으로 완전임의배 치법으로 설치하였다. LED 유인 트랩은 하층 식생의 간섭을 피 하기 위해 지상 3–4 m 높이에 설치하였으며, 트랩 간의 상호 간 섭을 최소화하기 위해 각 트랩은 20 m 이상 이격하여 배치하였 다. 모든 실험 결과는 one-way ANOVA test (SAS Institute, 2003) 로 분석하였으며, 각 분석값의 통계적 차이는 Tukey’s studentized range test로 검정하였다.
결과 및 고찰
LED 광원의 파장별 매미나방에 대한 유인 효과를 조사하기 위하여 매미나방 피해가 발생한 산림 내에 4일 동안 345 nm, 365 nm, 375 nm, 385 nm, 395 nm 5개의 파장별로 LED 유인 트 랩을 설치하고 매미나방 성충을 유인한 결과 30개 트랩에서 총 7,030개체가 포획되었다(Fig. 2).
매미나방은 암컷 성충의 비산력 차이에 따라 유럽매미나방 과 아시아매미나방으로 구분되며(Lyu and Lee, 2019;Shi et al., 2015), 아시아 계통의 매미나방은 유럽 계통에 비해 야간에 능 동적으로 비행하고 불빛에 유인되는 경향이 있는 것으로 보고 되어 있다(Keena et al., 2007). 그러나 본 연구에서 암컷 성충의 포획 비율은 전체의 9.3%인 656개체만이 포획되어 수컷 성충 에 비해 현저히 낮았다. 야행성 나방류에서는 성별에 따라 광원 에 대한 행동 반응이 달라지는데, 수컷은 배우자 탐색을 위해 광 원 주변을 적극적으로 탐색하는 반면, 암컷은 주로 산란 장소 탐 색과 에너지 보존에 최적화된 행동 전략을 취하는 경향이 있는 것으로 해석된다(Kim et al., 2019). 특히 암컷은 번식력 선택에 의해 더 큰 체구를 가지며, 난 생산을 위해 상당한 자원을 할당 함으로써 비행 능력에 제약을 받고 포식 위험이 증가하는 경향 이 있다. 이러한 번식적ㆍ생리적 제약은 불필요한 장거리 비행 이나 광원으로의 적극적인 접근을 줄이는 행동 전략을 선택하 게 하는 요인으로 해석된다(Allen et al., 2010).
자외선 트랩을 이용한 실증 연구에서도 이러한 성별의 차이 는 반복적으로 보고되었는데, 다수의 밤나방 종에서 수컷 성충 은 UV 광원에 강하게 유인되는 반면, 암컷 성충은 동일한 조건 에서도 유인 빈도가 현저히 낮은 것으로 나타났다(Garris and Snyder, 2010). 이는 암컷 성충의 경우 광자극에 대한 신경·행동 학적 반응이 상대적으로 둔화되어 있거나, 광 유인보다 페로몬 신호 및 서식지 구조와 같은 다른 환경 요인에 더 의존하기 때문 인 것으로 해석된다(Kim et al., 2019). 암컷 성충은 파장별 유인 효과에서도 345 nm는 트랩당 4.2 ± 3.4마리가 유인되어 유인력 이 매우 낮았으며, 365 nm부터 395 nm의 다른 파장대에서도 유 인력이 비슷하여 파장별 유인력 차이는 유의한 차이가 나타나 지 않았다(F(4, 25) = 2.71, P = 0.0530).
수컷 성충은 암컷 성충 보다 거의 10배가 많은 6,374개체가 포획 되었는데, 385 nm는 트랩당 평균 368.2 ± 168.5마리가 유 인되어 가장 유의하게 높은 유인 효과를 나타내었으며, 그 다음 으로는 395 nm는 251.5 ± 68.9마리, 375 nm는 228.8 ± 55.7마 리로 비슷한 수준의 유인 효과를 보였다. 365 nm는 170.7 ± 62.5마리로 효과가 다소 낮은 것으로 나타났으며, 345 nm는 43.2 ± 20.6마리로 유인효과가 가장 우수한 385 nm보다 약 8.5 배 낮은 유인효과를 나타내어 자외선 파장대별로 매미나방 수 컷 성충에 대한 유인효과의 차이는 매우 유의성이 높은 것으로 나타났다(F(4, 25) = 8.69, P = 0.0002). 그러므로 매미나방의 수컷 성충을 LED 광원을 이용하여 유인하기 위해서는 385 nm 파장이 가장 효과적일 것으로 나타났다.
Lymantria 속을 대상으로 한 전기생리학적 분광 감수성 연구 에서는 자외선 영역, 특히 360–380 nm 부근에서 비교적 높은 감수성이 보고된 바 있으며(Crook et al., 2014), 곤충 시각계에 대한 비교 연구에서도 많은 야행성 나비목 곤충이 단파장 자외 선 영역에 조율된 광수용체를 보유하고 있는 것으로 제시되어 있다(Van der Kooi et al., 2021). 본 연구에서 확인된 385 nm에 서 유인효과가 가장 높은 것은 이러한 선행 연구에서 보고된 감 수성 범위와 근접하였다. 이는 매미나방 수컷 성충의 행동적 유 인이 자외선 강도 자체보다는 광수용체의 분광학적 조율에 의해 영향을 받을 가능성을 시사한다. 특히 345 nm에서 유인효과가 낮은 것은 유인 효율이 단순한 자외선 여부가 아니라 수용체 특 이적 감수성 임계값에 의해 결정될 수 있음을 더욱 뒷받침한다.
한편 Komatsu et al. (2020)은 LED 광원을 이용한 매미나방 유인효과 실험에서 자외선 파장을 제외한 430 nm부터 535 nm 사이의 파장별 유인효과는 큰 차이를 보이지 않았으나, UV파장 인 375 nm와 430 nm의 파장을 조합한 LED 광원과 405 nm 파 장이 430–505 nm 파장대에 비하여 매우 높은 유인효과를 나타 냈었다고 보고하였다. Pan et al. (2021)은 목화밭에서 나비목 (Lepidoptera), 노린재목(Hemiptera), 딱정벌레목(Coleoptera) 해충에 대해 375–748 nm까지 유인효과를 조사한 결과 395 nm파장이 가장 유인 효과가 우수하다고 한 결과와 유사하였다. 그러나 본 연구는 기존에 밝혀진 매미나방을 포함한 나방류가 자외선 파장대에서 높은 유인효과를 보인 것에 더해 자외선 파 장대 내에서도 매미나방에 대한 유인력이 우수한 세부적인 파 장대를 제시하여 LED 광원을 이용한 효율적인 매미나방 성충 의 방제에 적용 가능할 것으로 기대된다. 그러나 연구가 단기간 현장 실험 결과로서, 향후 비행 기간 전반을 포함한 반복 실험을 통해 계절적 변동성을 추가로 검증할 필요가 있다.
KSAE
