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기온 상승이 슈퍼잡초를 훨씬 더 강하게 만들까?
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기온 상승이 슈퍼잡초를 훨씬 더 강하게 만들까?
널리 사용되는 제초제로 잡초를 없애기 위해 애쓰고 있다. 일부 전문가들은 열이 문제의 일부일 수 있다고 생각한다.
By Natasha Gilbert, WIRED US 

약 10년 전, 캔자스 여름의 맹렬한 더위 속에서 필립 스탈먼(Phillip Stahlman)의 연구 분야에 침입한 유해한 코키아 잡초들 중 대부분이 널리 사용되는 두 가지 제초제인 글리포세이트와 디캄바를 섞어서 뿌려도 꿈쩍도 하지 않았다. 불과 몇 달 전, 서늘한 봄 날씨에, 제초제 혼합물은 잡초의 작고 얇은 잎들이 쪼그라들고 갈색으로 변했고, 이는 식물이 죽었다는 것을 의미했다.

그 튼튼한 잡초는 스탈만이 쩔쩔매게 했다. 당시 캔자스 주립대학의 잡초 과학자인 스탈만은 제초제 때문에 이런 문제에 직면한 적이 없었다. 처음에 그는 농약을 잘못 사용했다고 추측했다. 하지만 해마다 똑같은 일이 일어났고 스탈만은 뭔가가 일어났다는 것을 알았다. 그는 밭의 잡초를 주의 깊게 관찰했다. 그는 또한 비슷한 문제를 보고한 지역 농부들과도 상의했다. "이 문제가 계속 재발할 때까지 한동안 해결책이 보이지 않았다. 마치 퍼즐을 맞추는 것 같았다"라고 스탈만은 말한다.

그 후 은퇴한 스탈만은 결국 온도가 문제가 될 가능성이 높다고 판단했다. 고온에서 살포하는 것이 제초제의 효능을 떨어뜨리고 있었다.

스탈만만이 이것을 알아차린 것이 아니었다. 오늘날, 약 화씨 90도 이상의 온도는 제초제에 내성이 있는 잡초를 더욱 강하게 만들 수 있고, 다른 잡초들이 특정 화학 물질에 덜 민감하게 만들 수 있다는 것을 의미한다.

일부 농부들은 높은 온도가 일부 제초제를 손상시킬 수 있다는 것을 알고, 한낮의 더위에 살포하는 것을 피하려고 한다고 말한다. "만약 화씨 85도에서 90도라면 분사하지 않는 것이 경험상 좋았다."라고 캔자스 주 헤이스의 농장 관리자인 컬트 고스척(Curt Gottschalk)는 말한다.
 
[사진=UNSPLASH]
[사진=UNSPLASH]

모든 전문가들이 대체로 실험실 실험에서 증명된 이 패턴이 농부들에게 문제가 된다는 것에 동의하는 것은 아니다. 그리고 어떤 제초제들은 높은 온도에서 훨씬 더 잘 작용하는 것처럼 보인다. 그러나 만약 열이 주요 제초제에 대한 많은 잡초의 저항력을 높여준다면, 그 의미는 중요할 수 있다. 학술 및 산업 과학자들의 비영리 단체인 미국의 잡초 과학 협회에 따르면, 잡초를 방치하면 수확과 수입을 황폐화시킬 수 있다고 한다. 만약 농부들이 잡초를 통제하려는 노력을 하지 않는다면, 미국과 캐나다 전역에서 옥수수와 콩 수확량이 반으로 줄 수 있다고 한다. 이로 인해 농민들은 연간 약 430억 달러의 손실을 입을 수 있다.

농부들은 이미 글리포세이트(glyphosate)와 디캄바(dicamba)를 포함한 여러 제초제에 대한 유전적 저항력을 발달시킨 잡초 전염병과 싸우고 있다. 스탈만과 다른 잡초 연구원들은 온도가 제초제에 대한 잡초의 방어를 강화하는 간과된 두 번째 요인이 될 수 있다고 주장한다. 비록 현재 대부분의 농부들이 온도가 제초제에 영향을 미친다는 것을 이해하지만, 비전문가에게는 그것이 제초제의 저항성과 똑같이 보일 수 있다고 스탈만은 말한다.

이 연구원들은 또한 기후 변화가 기온을 높이고 폭염을 포함한 극단적인 기상 현상이 더 빈번히 짐에 따라 이 문제가 미래에 더 악화될 수 있다고 우려한다.

이스라엘 국립농업연구기구의 잡초 과학자 마오르 마츠라피(Maor Matzrafi)는 언다크(Undark)에 보낸 이메일에서 "우리는 이미 제초제 내성이 화학 잡초 통제에 가장 문제가 되는 문제라는 것을 알고 있다. 아마 기후 변화로 인한 감도가 낮아진 것이 다음 차례일 것이다."라고 말했다.

농부들은 제초제에 덜 의존하곤 했는데, 대신 타일이나 수동 제거와 같은 힘든 방법을 사용하여 잡초를 통제했다. 하지만, 1990년대 중반부터 생명공학 회사들은 일반적이고 강력한 제초제에 저항력이 있는 유전자 변형 작물을 개발하기 시작했다. 이 새로운 씨앗은 농부들이 유전자 조작 작물이 번성하는 동안 농약에 농약품을 자유롭게 뿌려서 잡초를 죽일 수 있게 해주었다. 이 기술은 대부분의 수동적인 모내기를 불필요하게 만들었고, 제초제 사용은 세계적으로 급증했다. 그러나 이에 대응하여 잡초가 진화했고, 제초제에 내성이 있는 품종이 출현했다. 그것은 농부들과 잡초들 사이의 새로운 싸움을 촉발시켰고, 농부들은 잡초를 없애기 위해 점점 더 많은 분량뿐만 아니라 화학 약품들의 조합을 사용하고 있다.

그러나 코키아 잡초(Kochia weed)를 접한 스탈만의 경험 이후, 그는 온도가 널리 알려진 것보다 제초제 성능에 더 많은 영향을 미칠 수 있는지 검토하기 시작했다(스탈만은 많은 학술용 잡초 과학자들과 마찬가지로, 과거에 농화학 회사들로부터 연구 기금을 받았다).

어떻게 더위가 잡초가 제초제를 예방하는 데 도움이 되는지 알아보기 위해, 스탈만은 KSU의 동료인 잡초 생리학자인 미틸리아 주굴람(Mithila Jugulam)과 연구 보조자인 준준 오우(Junjun Ou)와 함께 팀을 이루었다.

이 팀은 캔자스 주에서 시작된 코키아 개체군으로부터 묘목을 재배했는데, 화씨 63.5도에서 90.5도의 온도로 보관되어 있는 방에서 묘목을 재배했다. 이것은 이 주의 봄과 여름 낮 더위를 의미한다. 12시간마다 실내온도가 떨어져 더 시원한 밤 시간도 흉내낸다. 묘목이 약 4인치 높이에 이르렀을 때, 연구원들은 어떤 묘목에는 글리포세이트를, 다른 묘목에는 디캄바를 사용했다. 연구팀은 매주 간격으로 잡초의 부상 징후를 조사했다. 한 달 후, 그들은 잡초를 베어 말리고 무게를 쟀다.

연구팀은 고온에서 잡초를 억제하기 위해 두 배 이상의 글리포세이트와 디캄바가 필요하다는 사실을 발견했다. 그들은 2016년에 결과를 발표했다.

왜 열이 민감성을 감소시키는지 이해하기 위해, 연구원들은 약간의 방사능이 있는 글리포세이트와 디캄바를 사용하여 잡초를 통과하는 제초제의 경로를 추적했다. 전자는 몬산토사(Monsanto)가, 후자는 BASF사가 각각 제작하였다. (BASF는 다른 프로젝트를 위해 오우에게 대학원생 조교를 제공하였다).

연구팀은 나뭇잎이 높은 온도에서 글리포세이트를 덜 흡수한다는 것을 발견했다. 그들은 그 이유를 확신하지 못하지만, 주굴람은 그 열 때문에 코키아 잎 표면의 보호막인 두꺼운 큐티클을 개발하도록 부추겨 제초제에 대한 잡초의 방어력을 높일 수 있을 것이라고 생각한다. 그 팀은 디캄바를 사용했을 때 잡초에서 일어나는 다른 과정을 발견했다. 온도는 잡초가 흡수하는 디캄바의 양에 영향을 미치지 않았지만, 새싹과 잎 끝에 생기는 조직이 제초제가 식물을 통해 이동하는 것을 방해하여 목표물에 덜 도달하도록 했다.
작년에 발표된 또 다른 연구에서, 주굴람은 베트남 전쟁에서 사용된 악명 높은 고엽제인 에이전트 오렌지(Agent Orange)의 성분 중 하나인 제초제 2,4-D에 관심을 돌렸다. 오늘날, 그것은 가장 널리 사용되는 제초제 중 하나이다. 주굴람은 중서부 옥수수와 콩밭을 잠식하는 것으로 발견된 잎사귀 잡초에 제초제의 공통 수간 조절 능력에 온도가 어떤 영향을 미치는지 실험했다.

실험에서, 주굴람은 2,4-D에 대한 유전적 저항력을 발달시킨 몇 가지 일반적인 물줄기를 검사했고, 그렇지 않은 것도 검사했다. 그녀는 내성이 있는 잡초를 고온 건조한 환경에서 더 낮은 온도에서보다 죽이는 데 세 배 이상의 제초제가 필요하다는 것을 발견했다. 또한 연약한 잡초에서 유사하지만 작은 효과를 발견했다.

제초제에 내성이 있는 워터햄프(water hemp)는 뿌리와 줄기, 잎 끝에 있는 목표물에 도달하기 전에 화학물질을 무독성 물질로 빠르게 분해함으로써 2,4-D 노출을 견뎌낸다. 주굴람은 온도가 높을 때 물받이가 분자들을 더 빨리 분해한다는 것을 발견했다.

주굴람은 또한 고온에서 일부 제초제 내성이 강한 잡초는 내성이 더 강해지는 것으로 보이며, 일부 취약한 잡초는 통제를 위해 더 많은 제초제가 필요할 수 있다고 지적했다.

모든 잡초와 제초제가 같은 방식으로 온도에 반응하는 것은 아니다. 예를 들어, 주굴람은 또한 2,4-D와 글리포세이트가 흔한 일반 잡초와 돼지풀 그리고 미국 농부들의 밭에서 흔히 볼 수 있는 두 가지 다른 잡초에 비해 더 높은 온도에서 더 효과가 좋다는 것을 발견했다. 주굴람은 또한 열이 제초제를 저해하는 경우에도 그 영향은 대부분 건조 상태로 제한된다고 말한다. 습도 및 강우량이 높은 지역은 동일한 효과를 보지 못할 수 있다.

그러나 일부 전문가들은 온도가 높고 이산화탄소 수치가 높을 경우 최소한 실험실에서 잡초 방제에 영향을 미치는 다양한 종과 농약에서의 증거가 증가하고 있다고 말한다.

2016년 발표된 실험에서, 마츠라피(Matzrafi)는 고온에서 네 종의 다른 풀 잡초에 베이어(Bayer)가 제조한 제초제의 성분인 디클로프 메칠(diclop-methyl)가  낮은 온도에서 보다 훨씬 효과가 좋다는 것을 발견했다. 마츠라피는 또한 높은 온도 때문에 침습성 풀 가짜 참새귀리의 성장을 억제할 수 없는 또 다른 제초제인 피녹사덴(pinoxaden)을 만들 수 있다는 것을 발견했다. 게다가, 풀은 제초제 처리 후 이틀까지 더 추운 환경에서 더 더운 환경으로 바뀌어도 성장했다. (이 연구는 부분적으로 이스라엘에 본사를 둔 농업 화학 회사인 ADAMA 농업 솔루션의 지원을 받았다).
"우리의 발견과 90년대 이후 많은 다른 연구들은 응용 후 환경 조건이 제초제의 민감성에 영향을 줄 수도 있다는 것을 의미한다"라고 마트자라피는 이메일로 설명했다. 농부들이 더 낮은 온도에서 스프레이를 뿌린다 해도, 그것은 열의 영향을 피하기에는 충분하지 않을 수 있다.

전문가들은 이러한 조건들이 기후변화 하에서 악화될 것이라고 우려하고 있다. 이미, 세계의 다른 주요 식량 생산 지역뿐만 아니라 농업에 중요한 많은 미국 주들은 성장기 동안 정기적으로 화씨 90도를 넘는 온도를 경험한다. 일부 연구원들은 열과 제초제 성능에 대한 문제가 현재 표면화되고 있는 것은 부분적으로 지난 수십 년 동안 극도의 더위가 더 자주 나타났기 때문이라고 말한다.


하지만, 최근 기후 변화에 대해 오늘날 보여지는 영향을 꼬집기는 어렵다고 뉴욕에 있는 컬럼비아 대학의 식물 생리학자 루이스 지스카(Lewis Ziska)는 언다크에게 보낸 이메일에서 말했다. 그러나 잡초가 "식량 생산을 위한 가장 큰 제약"이라고 언급하면서, 지스카는 "좀 더 극단적인 환경에서 농부들에게 엄청난 도전이 될 것"이라고 경고한다.

예를 들어, 연방정부의 예측에 따르면, 중서부의 기온은 21세기 말까지 평균 화씨 8.5도 상승할 수 있으며, 더 길고 더 빈번한 극한의 더위가 이어질 수 있다고 한다. 그리고 쌀, 맥박, 견과류, 면화를 생산하는 세계적으로 중요한 지역인 인도를 포함한 남아시아에서는, 정부간 기후 변화 패널이 2100년까지 연평균 기온이 화씨 6도 가까이 상승할 것이라고 예측하고 있다. 

작년에 보고된 그 종류의 첫 번째 실험에서, 마츠라피는 열의 공동 효과를 연구했고 두 가지 다른 잡초 종에 대한 이산화탄소 농도를 증가시켰다. 또한 이 조합이 잡초의 제초 방어력을 두 요인만 능가한다는 것을 발견했다.

제초제 제조업자들이 다가오는 온난화 행성의 도전에 대비하고 있는지는 분명하지 않다. 많은 사람들은 농부들에게 분배하는 지침에서 효율성을 확보하기 위해 최적의 적용 온도를 권장하지 않는다.

피녹사덴의 제조업체인 시젠타(Sygenta)의 대변인인 클라크 오즈츠(Clark Ouzts)는 성명에서 회사는 제초제 활동에 대한 기후 변화의 잠재적 영향을 연구하지 않았지만 "현장 연구와 상업적 응용이 피녹사덴의 활동에 상당한 영향을 미칠 수 있는 온도를 보여주지 못했다"고 말했다.

바이어의 대변인인 찰라 로드(Charla Lord)는 성명에서 회사의 제초제들은 "모든 규제기관의 요구 사항을 충족시키기 위해 광범위하게 테스트된다"며 "사용자들이 최적의 통제와 성공을 위해 그것들을 어떻게 적용할지 알 수 있도록 분류되어 있다"고 썼다. 회사는 자사 웹사이트에 고온 살포의 어려움에 대해 게시했지만 고온에서 자사 제품의 효능에 대한 구체적인 질문에는 응하지 않았다.

2,4-D가 첨가된 제초제를 만드는 코르테바(Corteva)는 높은 온도가 제초제의 성능에 어떤 영향을 미치는지에 대한 언급 요청에 응하지 않았다.

모든 사람들이 이 실험적인 발견들이 농부들에게 문제를 일으킨다고 확신하는 것은 아니다. 일부 연구원들과 잡초 전문가들은 실험 조건이 분야와 근본적으로 달라서 결과가 적절치 못하다고 말한다. "이것이 실제 세계 규모에 영향을 미치고 있다고 확실히 말할 수는 없을 것 같다."라고 캘리포니아 대학의 잡초 전문가인 브래드 핸슨(Brad Hanson)은 언다크에 보낸 이메일에서 말했다. 핸슨은 작년에 발표된 연구에서 마츠라피와 함께 일했다.

캘리포니아 농부들과 연구자 및 지도 전문가로 일하고 있는 핸슨은 또한 농부들이 일반적으로 열로 인한 잡초 민감성의 작은 변화를 극복하기 위해 충분한 제초제를 사용한다고 썼다.

제초제가 더위와 습기 속에서 어떻게 작용하는지를 조사한 캘리포니아 대학의 작물 생리학자인 카심 알 카티브(Kssim AI-Khatib)는 언다크에게 보낸 이메일에 이 연구가 농부들이 결코 그들의 분야에서 발견할 수 없는 세심하게 통제된 실험실 조건 하에서 수행되고 있다고 썼다.

"통제된 조건에서 일어나는 일은 일반적으로 현장 상황에서 일어나는 일을 지원하지 않는다."라고 그는 썼다.

알 카티브는 자신의 연구에서 소수의 제초제 종류와 잡초 종에 대한 온도와 습도의 영향을 연구했다. 그가 연구한 사례에서, 온도가 화씨 100도를 넘지 않는 한, 제초제의 효능은 일반적으로 더 높은 온도와 습도에서 향상된다고 그는 말한다.

마츠라피와 주글람은 실험실이 더 복잡한 농장 환경을 반영하지 않는다는 것에 동의한다.

"그러나 나는 그것이 결과의 중요성을 감소시키지는 않는다고 생각한다"고 마츠라피는 썼다. 그와 스탈만, 그리고 다른 사람들은 그들이 그 분야에서 그 효과를 직접 보았다고 말한다.

"뭔가 보이는 것 같다. 앞으로 10년 동안 우리는 더 많은 것을 볼 수 있을 것이라고 생각한다. 이것은 중대한 일이 될 것이다."라고 농부들과 일하는 캔자스 주 기어리 카운티(Geary County)의 K-State Research and Extension 에이전트인 척 오떼(Chuck Otte)가 말한다.

이 연구 결과는 제초제에 의존하는 농부들에게 점점 더 무기화된 잡초를 막기 위한 새로운 시도를 하고 있다. 현재, 일부 농부들은 하루 중 더 추운 시기에 제초제를 뿌림으로써 열의 영향을 막기 위해 노력하고 있다. 여름의 심장부인 캐리 무어는 때때로 더위가 너무 높아지기 전에 노스다코타에 있는 650에이커 농장에 물을 뿌리기 위해 동트기 전에 일어난다. 가끔 화씨 100도를 넘기도 한다고 말한다. 하지만 지구가 더워지면서 농부들은 더 좁은 조건에 직면하게 될 것이고, 그 조건은 제초제를 뿌리기에 충분히 시원해야할 것이라고 지스카는 말한다. 그리고 마츠라피의 연구는 더 추운 시기에 제초제를 뿌리는 것이 제초제의 효능이 낮 늦게 오는 열폭발에 의해 영향을 받지 않는다는 것을 보증하지 않는다고 제안한다.

그리고 때때로 농부들은 특히 수천 에이커의 거대한 농장에 제초제를 뿌리는 것을 피할 수 없다.

오떼는 열로 인해 잡초가 살아남았기 때문에 회의론자들은 제초제가 효과가 없다는 것을 깨닫지 못할 수도 있다고 말한다. 그들은 우선 제초제 내성, 강우량 부족 또는 너무 적은 제초제와 같은 다른 일반적인 요소들이 잘못되었다고 생각할 수 있다. "너무나 많은 교란 요인이 있어서 그것을 모두 정리하기가 어렵다."라고 그는 말한다.

장기적으로 많은 전문가들은 농부들이 제초제에 대한 의존도를 줄이고 잡초를 막기 위해 오늘날 유기농업에서 더 자주 사용되는 기술을 채택해야 할 것이라고 말한다. 예를 들어, 봄 귀리나 진홍 클로버와 같은 덮개 작물을 심는 것은 맨땅에 잡초가 뿌리를 내리지 못하게 하는데 도움이 되고, 교대로 다양한 작물을 재배하는 것은 잡초가 개체수를 억제하는 데 도움이 될 수 있다. 무어는 이미 이 방향으로 움직이고 있다. 그녀는 밀, 보리, 그리고 몇몇 다른 작물과 함께 콩을 썩히고 호밀과 완두콩을 포함한 다양한 추가적인 덮개 작물을 심는다.

그녀는 또한 때때로 잡초의 성장을 억제하기 위해 땅을 기울인다. "화학물질을 적게 뿌릴수록 더 좋다."라고 그녀는 말한다.

그러나 수확량을 유지하기 위해 농사를 짓는다고 제초제를 완전히 버릴 수는 없다고 지스카는 말한다. 새로운 화학 약품이 거의 제공되지 않고 있기 때문에, 농부들은 그들이 미래에도 일을 계속할 수 있도록 지금 가지고 있는 제초제들에 더 신중해야 할 필요가 있을 것이다. 제조업자들은 제초제 사용 시기와 방법에 대해 농부들에게 더 나은 조언을 제공해야 한다고 마츠라피는 덧붙였다.

"농부들은 더 이상 제초제를 뿌리고 기도할 수 없다."라고 오트는 말한다.

** 위 기사는 와이어드US(WIRED.com)에 게재된 것을 와이어드코리아(WIRED.kr)가 번역한 것입니다. (번역 : 배효린 에디터)

<기사원문>
Will rising temperatures make superweeds even stronger?
와이어드 코리아=Wired Staff Reporter huyrin1@spotv.net
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