Suppression of Powdery Mildew and Two-Spotted Spider Mite by UV-B Radiation and Mulching Type of Strawberry Cultivation in the Greenhouse

Myeong Hyeon Nam; Hyun Sook Kim; InHa Lee; Jeong Hak Seo; Byung Joo Lee

doi:10.5423/RPD.2022.28.2.61

Res. Plant Dis > Volume 28(2); 2022 > Article

딸기 시설재배에서 UV-B 램프와 멀칭 종류에 따른 흰가루병과 점박이응애 억제

Research Article

Research in Plant Disease 2022;28(2):61-68.

Published online: June 30, 2022

DOI: https://doi.org/10.5423/RPD.2022.28.2.61

딸기 시설재배에서 UV-B 램프와 멀칭 종류에 따른 흰가루병과 점박이응애 억제

남명현^∗

, 김현숙, 이인하, 서정학, 이병주

충청남도농업기술원 딸기연구소

Suppression of Powdery Mildew and Two-Spotted Spider Mite by UV-B Radiation and Mulching Type of Strawberry Cultivation in the Greenhouse

Myeong Hyeon Nam^∗, Hyun Sook Kim, InHa Lee, Jeong Hak Seo, Byung Joo Lee

Strawberry Research Institute, Chungnam ARES, Nonsan 32914, Korea

^∗Corresponding author
Tel: +82-41-635-6348 Fax: +82-41-635-7931 E-mail: namtel7@korea.kr

Received May 20, 2022 Revised June 1, 2022 Accepted June 2, 2022

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

요 약

딸기에 발생하는 흰가루병과 점박이응애는 수확기 문제되는 주요 병해충이다. 딸기 수확기 병해충방제를 위해 적용 약제를 처리하지만 최근에는 소비자의 요구에 따라 친환경적 병해충 방제 방법이 요구되고 있다. 딸기 정식 후 자외선 램프(ultraviolet B, UV-B)를 이용한 친환경 병해충 방제효과를 조사하기 위해 수확기 토경과 수경재배로 2년 동안 시험을 수행하였다. 설향, 킹스베리, 두리향 품종을 정식하였으며 UV-B 램프+멀칭 종류(흑색, 녹색, 빛반사시트[light reflection sheet, LRS])별 4처리로 시험을 수행하였다. 처리는 UV-B+흑색 또는 녹색 멀칭, UV-B+흑색 또는 녹색+LRS, 무처리로 하였다. UV-B 램프 처리에 의한 흰가루병은 모든 품종에서 65% 이상의 방제효과를 보였다. 점박이응애 성충 밀도는 UV-B+흑색 또는 녹색+LRS 멀칭 처리가 다른 처리보다 가장 낮았다. 따라서 딸기 수확기에 UV-B 램프 처리는 식물체에 미치는 영향도 적으며 흰가루병과 점박이응애 밀도를 낮추는 데 효과적인 방제 방법이 될 수 있다.

ABSTRACT

Powdery mildew and two-spotted spider mite are detrimental to strawberry plants and are controlled with traditional pesticides. To accommodate consumer demand, eco-friendly methods of pest control are required. Strawberries were cultivated (in soil and in a hydroponic system) for two years, and ultraviolet B (UV-B) irradiation was used as an alternative pest control during the harvesting season. Three varieties were grown (Seolhyang, Kingsberry, and Durihyang), and four UV-B lamp/mulch (black, green, and light reflection sheet [LRS]) combinations were used during harvesting: UV-B+black or green mulch, UV-B+black or green+LRS, no UV-B+black or green, and no UV-B+black or green+LRS. In all varieties, powdery mildew was 65% more controlled when UV-B irradiation was used. The adult two-spotted spider mite density was lowest in the UV-B lamp+black or green+LRS treatments. Therefore, UV-B irradiation during the strawberry harvesting season could effectively control powdery mildew and two-spotted spider mite with little side effect on the plants.

Keywords: Powdery mildew, Strawberry, Ultraviolet B

서 론

딸기 수확기에 문제되는 주요 병해충은 흰가루병(Podosphaera aphanis)과 점박이응애(Tetranychus urticae)이다. 이들 병해충 방제를 위한 농약 살포는 소비자들의 안전성 우려가 지속적으로 제기되어 친환경으로 방제 할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.

최근 자외선(ultraviolet, UV)을 이용한 병해충 방제 방법이 여러 작물에서 적용되고 있으며 그중 UV-B (파장 280-340 nm)를 이용한 흰가루병 방제는 포도(Willocquet 등, 1996), 오이(Suthaparan 등, 2012, 2014), 장미(Kobayashi 등, 2014), 딸기(Kanto 등, 2014; Suthaparan 등, 2016), 파슬리(Nishimura 등, 2017), 토마토 유묘(Kobayashi 등, 2019)에서 효과가 확인되었다. 또한 딸기의 잿빛곰팡이병 방제는 UV-B 조사와 길항균인 Clonostachys rosea를 같이 처리했을 때 효과적이라 한다(Costa 등, 2016).

UV-B를 이용한 해충 방제는 대부분 점박이응애에 국한되어 있다(Murata와 Osakabe, 2013, 2014; Suzuki 등, 2014; Tanaka 등, 2016; Yoshioka 등, 2018). UV-B 조사에 의한 점박이응애의 DNA손상에 의한 탈피 억제는 특히 제1정지기부터 제1약충기에 가장 크게 나타난다(Murata와 Osakabe, 2017a). 딸기의 점박이응애 방제를 위한 UV-B 적용은 직접적인 살충 효과 이외 해충종합방제에 적용 가능성이 높으며(Nakai 등, 2018) 특히 사막이리응애와 같은 천적을 병행하여 처리 시 점박이응애 방제에 효과적이었다(Yuan과 Osakabe, 2020). 따라서 딸기의 흰가루병과 점박이응애 방제에 UV-B 램프 이용은 병해충종합방제 적용에 효과적일 것이다(Osakabe, 2021).

UV-C (파장 100 -280 mm)의 경우는 딸기의 흰가루병(Janisiewicz 등, 2016; Onofre 등, 2021)과 점박이응애(Short 등, 2018)에서 방제 효과가 보고되어 있다.

따라서 본 연구에서는 딸기 수확기 UV-B 램프 조사 유무와 함께 베드의 멀칭 종류에 따른 흰가루병과 점박이응애 등의 병해충 억제 효과를 조사하고자 수행하였다.

재료 및 방법

식물체와 재배방법. 1년차 시험에서는 설향과 킹스베리 품종을 시험품종으로 충청남도농업기술원 딸기연구소(Nonsan, Korea) 내 비닐하우스에서 2018년 9월 10일 정식하여 토경재배하였다. 토경재배는 딸기 표준재배법(Rural Development Administration, 2013)에 준하여 재배하였다. 2년 차 시험에서는 킹스베리와 두리향 품종을 시험품종으로 딸기연구소내 비닐하우스에서는 토경재배, 유리온실에서는 수경재배로 수행하였다. 토경재배는 2019년 9월 18일 정식하였고, 수경재배는 2019년 9월 6일 정식하였다. 수경재배 배지는 딸기전용상토(Purumi, Seoul Bio, Emseong, Korea)를 이용하였으며 양액조성은 N:P:K:Ca:Mg=12.8:4:5.8:7.4:3.7 me/l였고 공급 EC관리는 생육초기(정식 후-10월) 0.8-1 dS/m, 생육중기(11월-2월) 0.9-1.1 dS/m, 생육후기(3월 이후) 1.0-1.2 dS/m였다. 공급 pH 는 전 기간 5.8-6.0으로 설정하였다.

UV-B 처리. 1년차 시험은 토경재배에서 실시하였으며 UV-B 램프+두둑 흑색 멀칭, UV-B 램프+두둑 빛반사시트(light reflection sheet [LRS], Tyvek, Dupont, Wilmington, DE, USA) 멀칭, 두둑 흑색 멀칭으로 구분하였다. UV-B 램프(SPWFD24UB-1PA, Panasonic, Osaka, Japan)는 딸기포기로부터 1.5 m 높이에 3 m 간격으로 2줄 설치하였다. UV-B 램프 가동 시간은 23-2시까지 1일 3시간 조사하였으며 처리기간은 2018년 9월 21일부터 2019년 5월 27일까지였다. 식물체의 UV-B 조도는 9.5 (7.2-11.5) μ W/cm²였고 1일 평균 조사량은 1.026 kJ/m²였다.

2년차 시험은 토경과 수경재배에서 실시하였으며 UV-B 램프+두둑 흑색 멀칭(수경재배 베드 녹색멀칭), UV-B 램프+두둑 흑색 멀칭+LRS (수경재배 베드 녹색 멀칭+LRS), 두둑 흑색 멀칭+LRS (수경재배 녹색 멀칭+LRS), 두둑 흑색 멀칭(수경재배 녹색 멀칭)으로 수행하였다. UV-B 램프 설치는 토경재배의 경우 1년차와 동일하며 수경재배의 경우 1 m 높이로 4 m 간격 3열로 설치하였다. 평균 UV-B 조도는 토경재배의 경우 1년차와 동일하고 수경재배는 16.8 (6.3-29.9) μ W/cm²였고, 1일 평균 조사량은 1.814 kJ/m²였다. 토경재배의 처리 일자는 2019년 9월 25일부터 2020년 4월 6일까지는 23-2시/일까지 3시간 조사하였고 2020년 4월 7일부터 5월 13일까지는 22-2시/일까지 4시간이었다. 수경재배는 2019년 10월 14일부터 2020년 4월 27일까지 23-2시/일, 2020년 4월 28일부터 5월 13일까지 22-2시/일 조사하였다. UV조도 측정은 UVX radiometer (UVX-31 310 nm sen-sor, UVP, San Gabriel, CA, USA)를 이용하였다. 시험기간 동안 처리한 약제는 Table 1과 같다.

Table 1.

The list and spray date of pesticides used in this study

Culture type	Treatment	Disease and pest	Spray date	Pesticide and natural enemy
Soil culture (first trial)	All treatments	Anthracnose	2018 Sep 12	Prochloraz manganese WP ^a (50.0 ^b)
		Cotton aphid	2018 Oct 10	Chlorantraniliprole WG (5)
			2018 Oct 25	Spinetoram WG (5)
			2019 Jan 11	Flunicamid WG (10)
			2019 Jan 15	Spirotetramat SC (22)
Soil culture (second trial)	w/o UV-B lamp	Powdery mildew	2019 Nov 22	Pydiflumetofen SC (18.35)
			2019 Nov 29	Pydiflumetofen SC (18.35)
			2019 Dec 6	Pyraziflumid SC (15)
			2019 Dec 16	Pyraziflumid SC (15)
			2020 Jan 3	Cyflufenamid+hexaconazole SC (3.5+1)
			2020 Jan 7	Penthiopyrad EC (20)
			2020 Jan 9	Penthiopyrad EC (20)
			2020 Jan 14	Cyflufenamid+hexaconazole SC (3.5+1)
			2020 Jan 21	Fluopyram+trifloxystrobin SC (21.3+21.3)
			2020 Feb 11	Cyflufenamid+hexaconazole SC (3.5+1)
	All treatments	Two-spotted spider mite	2019 Nov 13	Phytoseiulus persimilis+ Neoseiulus californicus
			2019 Nov 20	Phytoseiulus persimilis+ Neoseiulus californicus
			2020 Jan 9	Neem oil EC (50)
			2020 Jan 17	Pyflubumide SC (10)
			2020 Jan 21	Cyenopyrafen SC (25)
			2020 Feb 11	Neem oil EC (50)
		Cotton aphid	2020 Apr 20	Spirotetramat SC (22)+Flunicamid WG (10)
		Cotton aphid	2020 Apr 27	Spirotetramat SC (22)+Flunicamid WG (10)
Hydroponic culture	w/o UV-B lamp	Powdery mildew	2019 Oct 10	Penthiopyrad EC (20)
			2020 Mar 10	Cyflufenamid+hexaconazole SC (3.5+1)
			2020 Mar 13	Cyflufenamid+hexaconazole SC (3.5+1)
	All treatments	Two-spotted spider mite	2019 Nov 13	Phytoseiulus persimilis+ Neoseiulus californicus
			2019 Nov 20	Phytoseiulus persimilis+ Neoseiulus californicus
			2020 Jan 29	Pyflubumide SC (10)
			2020 Mar 11	Cyenopyrafen SC (25)
			2020 Mar 13	Cyenopyrafen SC (25)
			2020 Mar 27	Pyflubumide SC (10)+organic material
		Cotton aphid	2020 Jan 10	Spirotetramat SC (22)+Flunicamid WG (10)
			2020 Jan 17	Spirotetramat SC (22)+Flunicamid WG (10)
			2020 Jan 29	Spirotetramat SC (22)

w/o, without; UV-B, ultraviolet B.

^a WP, wettable powder; WG, water dispersible granule; SC, suspension concentrate; EC, emulsifiable concentrate.

^b Percentage of active ingredient.

병해충 발생률 조사. 흰가루병 이병률은 1년 차 이병주율, 2년 차 이병과율을 조사하였으며 나방류는 피해주율을 조사하였다. 흰가루병과 나방류의 조사주수는 1년차는 처리구당 66주, 2년차는 54주씩 조사하였다. 점박이응애와 목화진딧물 밀도는 완전히 펼쳐진 3위엽을 대상으로 잎당 성충수를 조사하였으며 조사주수는 처리당 10주씩 조사하였다.

시험구 배치 및 통계분석. 1년차 시험에서는 설향 품종은 난괴법 3반복, 킹스베리 품종은 난괴법 2반복으로 시험을 수행하였고 2년차 시험에서는 킹스베리와 두리향 품종 모두 난괴법 3반복으로 수행하였다. 처리 간 비교는 Costat 통계프로그램(COSTAT, Monterey, CA, USA)을 이용하여 던칸다중검정(Dun-can multiple range test, P<0.05)으로 분석하였다.

결과 및 고찰

흰가루병 방제 효과. UV-B 램프 처리에 의한 흰가루병 발생은 1년차 시험에서 설향과 킹스베리 품종 모두 5월부터 시작되었으며, 방제 효과는 설향 품종은 무처리 대비 88% 이상이었고, 킹스베리 품종도 63% 이상을 보였다(Fig. 1A, B). 2년차 시험에서도 UV-B 램프+흑색(수경재배 녹색)+LRS 멀칭 처리에 의한 흰가루병 이병과율은 토경과 수경재배에서 킹스베리 품종은 0.5-0.8%와 0.8% 이내(무처리 대비 98%), 두리향 품종은 2.9%와 0.6% 이내(무처리 대비 92-96%)로 가장 낮은 발생률을 보였다(Fig. 1C- F). 특히 2년차 토경재배의 UV-B 램프 무처리구는 1월에 집중적인 방제로 발생률이 감소하였다가 4월부터 발생이 증가하는 추세를 보였으나 수경재배는 수확기 동안 지속적인 발생률을 보여 흰가루병은 한번 발생이 되면 살균제 처리로도 완전 방제가 어렵다는 것을 알 수 있었다.

Fig. 1.

Incidence of powdery mildew according to the presence of ultraviolet B (UV-B) lamp and mulching type on soil (A- D) and hydroponic (E, F) culture of strawberry plants in 2018-2019 (A, B) and 2019-2020 (C- F). The vertical lines represent standard errors. LRS, light reflection sheet.

일본에서는 딸기의 흰가루병 방제를 위해 매일 야간에 UV-B 램프 조사 시 84%의 방제효과를 보였으나 1주일에 4일 처리는 54%의 낮은 방제효과를 보여 UV-B 램프는 매일 처리해야 방제 효과를 높일 수 있다고 한다(Iwasaki 등, 2019; Sugeno 등, 2018). UV-B에 의한 흰가루병 방제효과를 높이는 중요한 요인으로 야간 처리와 UV-B의 일일 조사량이 있다(Suthaparan 등, 2016). 딸기 흰가루병은 UV-B의 일일 조사량이 2-7 kJ/m²에서 100% 방제가 가능하다고 보고하였으며(Kanto 등, 2014) 본 시험에서의 일일 조사량은 1-1.8 kJ/m²로 흰가루병을 방제하기 충분한 조사량이며 추후 품종별 딸기 식물체에 장해가 발생하는 조사량을 설정할 필요가 있다.

UV-B 램프 처리에 의한 딸기 흰가루병 방제 기작으로 흰가루병에 대한 유도저항성 물질(phenyalanine ammonia lyase, chalcone synthase, chalcone isomerase, β-1,3-glucanase와 osmotin-like protein) 발현이 보고되어 있다(Kanto 등, 2014; Meyer 등, 2021). 그중 PR-3와 PR-5 단백질은 딸기 흰가루병 방제를 위한 유도저항성에 중요한 역할을 한다(Ota 등, 2021). 따라서 UV-B 램프에 의한 흰가루병 방제는 약제 저항성 문제를 줄이며 수확기 친환경으로 방제할 수 있는 유용한 방제 수단이 될 것으로 생각된다.

위의 결과와 같이 UV-B 램프 처리는 흰가루병 발생 전에 예방적으로 처리해야 효과적이기 때문에 UV-B 램프 처리 시작 전이나 수확기 흰가루병 발생 밀도가 증가하면 적용 약제나 유기농업자재의 방제가 병행되어야 할 것이다. 또한 UV-B 램프를 이용한 딸기 흰가루병의 효과적인 방제를 위해 적용 약제의 처리시기 등 처리기준이 마련되어야 할 것이다.

점박이응애 방제 효과. UV-B 램프 처리에 의한 점박이응애 방제 효과는 1년 차 설향 품종에서 무처리보다 성충 밀도는 낮았으며, UV-B+두둑 LRS 멀칭 처리가 UV-B 램프+두둑 흑색 멀칭 처리보다 낮은 성충 밀도를 보였고, 킹스베리 품종도 5월 초순 점박이응애 발생 시 UV-B 램프 처리에서 설향과 비슷한 방제 효과를 보였다(Fig. 2A, B). 2년차 시험에서도 UV-B 램프+두둑 흑색(수경재배 녹색)+LRS 멀칭 처리에 의한 토경과 수경재배에서 점박이응애의 잎당 성충수는 킹스베리 품종에서 2와 0.85마리, 두리향 품종은 2.1와 9.05마리로 3월까지 다른 처리보다 낮은 경향을 보였다(Fig. 2C- F).

Fig. 2.

Density of adult two-spotted spider mites (TSSM) on strawberry leaf according to the presence of ultraviolet B (UV-B) lamp and mulching type on soil (A- D) and hydroponic (E, F) culture of strawberry plants in 2018-2019 (A, B) and 2019-2020 (C- F). The vertical lines represent standard errors. LRS, light reflection sheet.

Sakai와 Osakabe (2010)는 점박이응애가 식물체의 하엽 부분에서 생장하는 주요 요인은 햇빛의 UV-B 파장을 회피하기 위해서라고 한다. 햇빛의 UV-B에 영향을 받은 점박이응애 알의 부화율은 UV-B 조도량보다는 축적된 UV-B 조사량에 부의 상관이 있다고 한다(Sakai 등, 2012). 점박이응애의 알과 유충은 성충보다 UV-B에 더 취약하며, 실험실의 UV-B 램프에서 점박이응애의 알, 유충, 암컷 성충의 LD₅₀값은 각각 0.58, 1.19, 26.12 kJ/m²라고 하였다(Murata와 Osakabe, 2013). 그러나 태양광의 UV-B는 점박이응애 알의 LD₅₀값이 50 kJ/m²로 UV-B 램프를 사용할 때보다 상당히 높다. 이런 이유는 태양광 상태에서는 UV-B에 의한 DNA 피해가 UV-A부터 녹색광 파장에 의해 광수복되기 떄문이다(Essen과 Klar, 2006; Murata와 Osakabe, 2014, 2017b). 또한 UV-B 처리 후 점박이응애의 광수복을 위한 시간은 4시간 이하라고 하였다(Murata와 Osakabe, 2014). 따라서 점박이응애 방제를 위한 UV-B 램프 처리는 비록 흰가루병 방제를 위해 9시부터 15시까지 처리하기도 하지만(Kanto 등, 2014), 야간에 해가 뜨기 4시간 전까지 처리를 마쳐야 점박이응애 방제에 효과적이다.

UV-B 램프 처리에 의한 점박이응애 방제 효과는 LRS를 멀칭하였을 때 더 효과적이며 LRS가 점박이응애 방제에 필수적인 요소라 하였다(Tanaka 등, 2016). 또한 점박이응애 밀도를 효과적으로 낮출 수 있는 방법으로 UV-B 램프 처리와 칠레이리응애(Phytoseiulus persimilis), 사막이리응애(Neoseiulus californicus) 등과 같은 천적 투입을 병행할 경우 효과적이다(Katayama 등, 2020; Yuan과 Osakabe, 2020). UV-B에 대한 응애류 천적의 영향은 칠레이리응애가 다른 천적보다 강하고, 사막이리응애는 회피하는 능력이 높은 특징을 가지고 있다(Tachi와 Osakabe, 2012). 특히 차, 복숭아, 딸기 등의 꽃가루는 사막이리응애의 먹이로 UV-B 피해를 감소시키는 항산화물질을 함유하고 있어 천적의 생존에 유리한 환경을 제공한다(Sugioka 등, 2018; Yuan 등, 2021). 본 시험에서도 2년차 시험에서(Fig. 2C, D) 칠레이리응애와 사막이리응애 투입을 병행한 결과 토경재배의 경우 수확 후기까지 낮은 밀도를 유지하였다. 반면, 천적 투입 후 점박이응애 밀도가 증가하는 경우에는 천적에 해가 적은 살비제와 유기농업자재를 처리하여 밀도를 낮추는 것이 중요할 것이다. 또한 UV-B 조사에 의한 점박이응애 방제 효과는 25 ^°C보다 20 ^°C 에서 효과적이기 때문에(Nakai 등, 2018) 온도가 높은 시기에는 점박이응애의 발생 억제 효과가 낮아져 적용 약제 처리와 병행되어야 할 것으로 생각된다.

기타 병해충 방제 효과. UV-B 램프 처리에 의한 꽃곰팡이병, 목화진딧물, 나방류의 발생 억제효과는 처리 간 차이가 없었다(data not shown).

3종의 총채벌레(파총채벌레, 꽃노랑총채벌레, 대만총채벌레)는 UV-B처리에 의해 생장을 억제할 수 있으며(Qian 등, 2016), 유리온실에서 고추에 발생하는 복숭아혹진딧물은 UV-B 처리로 발생을 억제할 수 없었으나 UV-B와 UV-A의 비율에 따라 복숭아혹진딧물의 정착과 확산을 억제할 수 있다고 한다(Dá der 등, 2017). 또한 1 kJ/m²의 낮은 UV-B 조사를 5일간 애기장대(Arabidopsis thaliana)에 처리 시 파밤나방과 복숭아혹진딧물에 대해 저항성을 유도한다고 한다(Meyer 등, 2021). 따라서 본 결과에서는 딸기에 발생하는 진딧물, 나방 등에 방제 효과는 보이지 않았으나 해충 방제를 위한 UV-B 램프의 파장 비율, 저항성유도물질 탐색 등이 추후 검토되어야 할 것이다.

그 외, UV-B 램프 처리에 딸기 수량과 조사 시간에 따른 과실의 품질의 변화 등도 추후 자세히 검토되어야 할 것이다.

NOTES

Conflicts of Interest

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

REFERENCES

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