이 연구는 대두에서 농약 살포 시기와 생물음향학을 이용해 측정한 벌 활동 간의 관계를 조사하는 것을 목표로 했습니다. 분석 결과, 농약 살포는 시기와 상관없이 벌의 활동, 낙엽, 수확량에 아무런 영향을 미치지 않았습니다. 하지만 벌 활동은 하루 후반과 대두 번식이 절정에 달할 때 더 많았습니다.
이 논문에서
요약
초록
콩(Glycine max (L.) Merr.)과 벌은 상호 이익이 되는 관계를 맺고 있으며, 꿀을 교환하여 수분 서비스를 제공함으로써 씨앗 수확량을 높일 수 있습니다. 하지만 개화 기간 동안 대두에 농약을 사용하면 벌에 해를 끼쳐 수분 증가의 이점을 줄일 수 있습니다. 이 연구는 개화 중 농약 사용이 벌의 채집 활동과 대두 수확량에 미치는 영향을 조사했으며, 방제 시기(오전 중반 vs. mid일)와 개화 시기(R3—만개와 R5—늦은 /끝)를 분석하였으며, 이는 처리되지 않은 대조군과 비교했습니다. 이를 위해 2023년과 2024년에 오하이오 중부에서 대두 밭에 피레스로이드 살충제(0.9% 알파-사이퍼메트린)와 스테롤 생합성 억제 살균제(41.8% 프로피코나졸)의 혼합물을 배낭 분무기로 뿌리는 실험이 진행되었습니다. 각 플롯에 배치된 오디오 녹음기를 사용해 벌 활동을 모니터링하고 기계 학습 도구인 buzzDetect로 분석했습니다. 생물음향 분석 결과, 농약 살포가 벌 활동에 영향을 미치는 경우는 시기와 상관없이 나타나지 않았습니다. R3 성장기, 즉 대두가 절정에 달하는 시기에 벌 활동은 R5 성장기(꽃이 덜 풍부했던 시기)에 비해 유의미하게 더 높았다. 벌 활동은 오전 중반보다 한낮에 유의미하게 더 많았습니다. 농약 처리 간에 콩의 낙엽 또는 수확량에 유의한 차이는 관찰되지 않았습니다. 이 결과는 대두 재배 기간 동안 벌의 채집 활동이 어떻게 달라지는지에 대한 통찰을 제공하여, 벌 노출을 최소화하기 위한 살충제 사용 권고에 도움이 됩니다.
서론
농약 사용은 농업 시스템에서 먹이를 찾는 수분 매개자에 영향을 줄 수 있습니다 1,2,3. 수분 매개자 노출을 최소화하기 위해 살포 시기를 조절함으로써 농약의 영향을 적어도 부분적으로 완화할 수 있습니다. 수분 매개자에게 독성이 있는 것으로 알려진 살충제는 벌이 활동하거나 꽃이 피는 시기에는 적용을 금지하는 라벨이 붙어 있습니다. 이 지침은 미국 EPA 지침과 대학 팩트시트 4,5와 일치합니다. 이 라벨 지침을 따르면 벌에 대한 농약 사용 위험을 줄일 수 있지만, 어떤 식물 성장 단계와 특정 시간대가 벌 활동이 가장 활발한지에 대한 구체적인 조언은 제공하지 않습니다. 또한, 라벨 언어에 영향을 미치는 규제 테스트는 단일 농약에 대해 수행되었으며, 농약 간 시너지 상호작용은 고려하지않았습니다.
"탱크 혼합물"은단일 적용 시 농약 2개 이상의 농약을 조합하는 방식이며, 농약 적용 비용을 줄이고 중장비 투입 횟수를 최소화하여 토양 압축을 줄이기 위해 널리 시행됩니다. 하지만 대부분의 농약 조합이 비표적 생물에 대한 잠재적 영향에 대해 평가되지 않았기 때문에 벌에게는 잠재적으로 위험한 행위입니다. 그럼에도 불구하고, 탱크 혼합은 병아리콩10, 호박11, 아몬드12, 대두13,14 등 다양한 작물 시스템에서 널리 사용됩니다.
대두는 탱크 혼합 농약 살포가 벌 건강에 특히 중요할 수 있는 작물 중 하나입니다. 벌들은 종종 대두 꽃에서 꿀을 얻기 위해 먹이를 찾으며, 대두는 꿀 생산의 주요 꿀원이 될 수 있습니다15, 16, 17, 18. 대두가 자가 수분을 하는 것임에도 불구하고, 곤충 수분이 수확량을 증가시키는 것으로 반복적으로 입증되었습니다. 대두 재배자 조사에서는 엽면 살균제 약 3분의 1이 엽면 살충제와 탱크 혼합된 것으로 나타났다22. 대두가 완전히 개화할 무렵에 엽면에 살균제를 뿌려 탄악병, 세르코스포라 잎병, 개구리잎 반점병, 대두 녹병23,24,25 같은 일반적인 질병을 방제하는 것이 권장됩니다. 살균제 살포에 살충제를 첨가하는것은 많은 농부들이 시즌 후반에 절지동물 해충 문제를 줄여 작물을 보호하는 비용 효율적인 방법으로 보고 있습니다. 그러나 대두 번식 기간 동안 살충제가 살충제를 첨가할 경우 다양한 벌과 기타 비표적 생물들이 위험에 처할 수 있습니다.
특히 우려되는 살균제-살충제 혼합물 중 하나는 스테롤 생합성억제제(SBI) 살균제와 피레스로이드 살충제의 조합입니다. 피레스로이드 살충제는 곤충의 신경 자극을 교란하는 나트륨 채널 조절제입니다28. 많은 피레스로이드가 벌에게 매우 독성이 강합니다 29,30. SBI 살균제는 곰팡이 세포막 형성에 중요한 사이토크롬 P450 모노옥시게나제 효소(P450s)를 억제할 뿐만 아니라, 벌에서 피레스로이드 및 기타 외래생물을 대사하는 독성성 P450도 억제할 수 있습니다31. SBI 살균제와 피레스로이드 살충제의 조합은 두 농약 단독보다 꿀벌과 호박벌에 더 독성이 강한 것으로 나타났습니다(32,33). 이러한 이유로, 탱크 혼합 피레스로이드 살충제와 SBI 살균제를 사용하는 경우, 벌과 기타 수분 매개자들에게 위험을 초래할 수 있습니다.
이전 연구에서는 벌이 특정 피레스로이드 살충제에 의해 기피될 수 있으며, 일부 피레스로이드에 노출되면 벌 활동이 감소할 수 있다고 보고되었습니다35. 그러나 살균제가 살충제와 함께 사용될 경우 기피 효과를 가릴 수 있다는 문서도 있습니다.
생물음향학은 생물이 내는 소리를 통해 생물을 연구하는 것으로, 농약 사용에 따른 벌의 활동 변화를 하루 동안 또는 성장기 동안 평가하는 유망한 접근법을 제공합니다. 벌이 비행 중 내는 독특한 소리인 윙윙거림을 벌 활동의 대리 지표로 사용하여, 바이오음향학은 기계 학습과 효과적으로 결합하여 원하는 기간 동안 특정 지역에서 벌 활동을 평가할 수 있습니다. 수집된 오디오 데이터는 벌 활동의 해상도를 향상시키고 일일 벌의 먹이 패턴을 조사할 수 있게 합니다. 또한, 이 오디오 데이터는 장기간에 걸쳐 검토하여 성장기 동안의 활동 추세를 파악할 수 있습니다. 농약 사용 시기에 대한 결정은 이 두 척도 모두에서 이루어집니다. 바이오음향학은 좁은 시간 동안 벌 활동을 모니터링하고 벌 활동에 관한 질문에 답할 수 있는 풍부한 정보를 제공합니다. 스윕넷이나 팬트래핑과 같은 전통적인 방법과 비교할 때, 생물음향학 접근법은 노동력이 적고, 더 오랜 시간에 걸쳐 연속적으로 샘플링할 수 있으며, 더 큰 연구 현장으로도 확장성이 높습니다. 바이오어쿠스틱의 응용 중 하나는 농경지에서 벌 활동에 대한 농약의 영향 조사입니다.
여기서는 꽃 발화 중 대두에 살균제-살충제 혼합물을 '최악의 시나리오'로 적용할 경우 벌 활동과 대두 수확량에 미칠 영향을 규명하는 연구가 이루어졌습니다. 사용된 살충제는 SBI 살균제인 프로피코나졸과 피레스로이드 살충제인 알파-사이퍼메트린이 포함된 제형이었습니다. 이 두 농약은 개화 기간 동안 대두에 살포되어 곰팡이 질병과 대두 진딧물(Aphis glycines)을 방제할 수 있습니다(Aphis glycines)37,38. 생물음향학 접근법을 사용하여 이 농약 조합을 하루 중 다른 시간대(오전 중반 또는 정오)와 대두 성장 단계(개화 정점[R3] 또는 늦꽃[R5])에 적용했을 때 벌 활동에 영향을 미치는지 확인하였습니다. 벌은 많은 수의 먹이를 찾을 것으로 예상되었으며, 낮 중간과 R3 성장기 동안 농약 부작용에 가장 취약할 것으로 예상되었습니다.
프로토콜
실험 설계 및 플롯 준비
이 실험은 2023년 7월과 2024년 8월 초에 진행되었습니다. 일반적으로 오하이오의 대두 재배기는 대략 4월부터 11월까지 진행됩니다. 2023년 재배 시즌에 사용된 부지는 오하이오주 클린턴 카운티(39,488, -83,769)와 유니언 카운티(40,296, -83,283)에 위치해 있었습니다. 2024년 재배기 동안 사용된 부지는 오하이오주 클린턴 카운티(39,489, -83,762), 프리블 카운티(39,893, -84,611), 리킹 카운티(39,948, -82,501)에 위치해 있습니다.
이 실험은 대두 밭 내 공간 효과를 제어하기 위해 무작위 완전 블록 설계를 사용했습니다. 각 블록 내에는 5개의 구획이 특정 처리를 위해 지정되었습니다. 처리는 두 가지 성장 단계(R3와 R5)와 두 가지 적용 시기(오전 중반과 정오), 그리고 미처리 대조군을 포함했습니다. 이로 인해 각 블록 내 구역에 다음과 같은 4가지 농약 살포가 이루어졌습니다: R3는 오전 중반, R3는 오전, R5는 오전 중반, R5는 정오입니다. 오전 중반 또는 정오 신청은 약 2시간 이내에 이루어졌으며, 오전 중반 신청은 대략 오전 10시경, 정오 신청은 대략 오후 12시 30분경에 집중되었습니다. 각 블록 내 5개 처리 구역 외에도, 대두 정착이나 성장이 좋지 않을 경우 처리 구역으로 전환할 수 있는 예비 구역으로 3개 구역이 지정되었습니다. 대두 식물 단계는 미네소타 대학교 확장39에서 발행한 단계별 가이드와 같은 안내서를 통해 결정되었습니다.
대두 밭 블록은 연구자들이 쉽게 이동할 수 있도록 약 1.016m(40인치) 간격으로 배치되었습니다. 대두 밭은 1.9m x 8.5m(0.0016헥타르; 6.25피트 x 28피트)였으며, 모든 부지에서 사용된 대두 품종은 Pioneer P35T155E(인디애나폴리스 코르테바)였습니다. 각 구획마다 6줄이 심어졌고, 38cm(15인치) 간격으로 배치되었습니다. 헥타르당 370,658개의 씨앗(150,000개의 씨앗/에이커)을 파종하는 비율이 사용되었습니다. 실험에 참여한 벌들은 모두 지역 개체군 출신이었습니다. 연구자들은 보조 꿀벌을 추가하지 않았습니다. 저자들은 실험 장소 근처에 고정된 양봉장이나 철새 양봉장에 대해 전혀 알지 못했다. 실험에 사용된 모든 재료는 재료표에 나열되어 있습니다.
농약 제조
사용된 농약은 Fitness 살균제(41.8% 프로피코나졸 활성 성분)와 Fastac EC 살충제(10.9% 알파-사이퍼메트린 활성 성분)였습니다. 살충제 도포량은 SBI 살균제는 6 floz/ac(438.47 mL/ha), 피레스로이드 살충제는 3.8 floz/ac(277.70 mL/ha)였습니다. 살충제를 준비하기 위해 9.375 mL의 SBI 살균제와 5.937 mL의 피레스로이드 살충제를 물과 혼합하여 최종 3L 용량의 탱크 혼합물을 만들었습니다. 혼합물을 준비할 때는 화학물질 저항 장갑을 착용했다. 수조 내 최종 SBI 살균제 농도는 L당 3.125mL였습니다. 탱크 내 피레스로이드 살충제 최종 농도는 1리터당 1.979 mL였습니다.
살충제 적용
이 혼합물은 각 블록 내 개별 대두 밭에 맞춤형 휴대용 백팩 분무기를 사용해 뿌렸습니다. 농약 혼합물은 콩 캐노피 꼭대기에 시속 ~5km의 속도로 뿌려졌습니다. 특정 처리에 대한 농약 도포 과정을 시작한 후, 모든 구획에 살포가 도착하는 데 ~10분이 걸렸습니다. 3L 탱크당 ~0.027헥타르 면적을 농약 혼합물로 덮을 수 있습니다. 헥타르당 소비되는 분무량은 약 113리터입니다. 즉, 각 구역당 탱크 혼합물의 ~0.18리터가 적용되었다는 뜻입니다. 바람으로 인해 농약이 다른 구역으로 이동하는 것을 방지하기 위해 바람이 강한 날에는 살포를 피했습니다. 살충제를 살포할 때는 긴팔 셔츠와 긴 바지, 화학물질 저항 장갑, 신발과 양말, 보호 안경 등 개인 보호 장비를 착용했습니다. 농약 신청 종료 후 과잉 농약 혼합물이 있을 경우, 주 환경관리청의 권고에 따라 폐기되었습니다.
녹음기 설치/사용
오디오 레코더의 일반적인 설정과 사용법은 다른 저자들이 설명한 프로토콜과 유사합니다. 휴대용 오디오 녹음기(소니 ICD-PX370)는 플라스틱 스텝인 전기 울타리 말뚝에 후크 앤 루프 테이프로 고정되었고, 마이크 위에는 오픈 셀 폼이 앞유리로 덮여 있었습니다. 원뿔형 3D 프린팅 빗물 덮개가 기록기 위 ~3cm 지점에 부착되어 날씨로부터 보호했습니다.
오디오 녹음기는 각 구역 중앙에 첫 살충제 주포 ~24시간 전부터 배치되었고, 각 살포 후 최소 24시간 동안 가동되었습니다. 각 적용일마다 12대의 기록기가 배치되었으며, R3와 R5 각각 시간대별로 4대씩(오전 중반, 정오, 대조제) 역할을 했습니다.
오디오 데이터 처리
모든 오디오 녹음은 https://github.com/OSU-Bee-Lab/buzzdetect 에서 찾을 수 있는 머신러닝 도구 "buzzdetect"41 을 통해 처리되었습니다. 이 도구는 자동차, 콤바인, 비행기 등 실험 환경에서 자주 발생하는 다른 소리와 곤충의 윙윙거리는 소리를 구별하도록 훈련되었습니다. 이 프로그램은 Apis mellifera 윙윙거림을 다른 벌 종과 구별할 수 없습니다. 하지만 버즈디트는 윙윙거리는 소리를 일부 비윙윙거리는 곤충 소리와 구별할 수 있으며, 특정 소리(예: 주로 밤에 울음소리)는 여전히 구분하기 어렵습니다. buzzDetect 실행 방법에 대한 더 구체적인 설명은 다음 https://buzzdetect.readthedocs.io/en/latest/gui/ 에서 확인할 수 있습니다. 오디오 분석 후, R42 를 사용해 1시간 및 8시간 간격 내 탐지율을 계산했습니다.
낙엽 데이터
낙엽 평가는 네브래스카 대학교 확장43에서 권장한 각 구역의 10개 식물에 해당하는 상부 대두 캐노피의 잎을 시각적으로 평가하여 수행되었습니다. 이 평가는 농약 살포 후 24시간 후에 R5 성장 단계에서 수행되었습니다.
수율 데이터
대두가 수확되었고, 수확량은 플롯 콤바인과 곡물 게이지 계량 시스템을 사용해 에이커당 부셸 단위로 측정되었습니다. 수량 측정값은 수분 13%로 조정되었습니다. 구역은 각각 6행으로 구성되어 있었고; 수확량 측정을 위해 중앙 4줄만 수확되었습니다.
통계 분석
모든 통계는 R42에서 수행되었습니다. 데이터는 lme4 패키지44 를 통한 혼합 효과 선형 모델이나 glmmTMB 패키지45를 통한 베타 회귀 모델로 분석되었습니다. BuzzDetect의 원시 데이터는 보조 자료에서 확인할 수 있습니다. 이 연구를 위해 세 가지 주요 유형의 데이터가 분석되었습니다. 농약 살포 후 1시간 및 8시간 동안 벌의 평균 활동 데이터, 각 대두 밭의 수확량, 그리고 R5 성장 단계에서 관찰된 대두 잎 제거 현상.
평균 벌 활동은 8시간 또는 1시간 창에서 벌이 윙윙거림 양성으로 나타난 시간의 비율을 계산하여 얻었습니다. 1시간 창은 살충제 살포가 벌 활동에 미치는 급성 효과를 추정하기 위한 것이고, 8시간 창은 급성 및 잔류 효과를 추정하기 위한 것입니다. 알파-사이퍼메트린에 대한 잔여 독성 데이터는 없으나, 다른 피레스로이드에 대한 잔여 독성은 초기 적용 후 ~8시간 동안 보고된 바 있다46. 벌 활동 계산이 비율이므로, 활동 차이는 R 패키지 "glmmTMB"를 사용해 베타 회귀분석을 통해 분석되었습니다. 모델들은 농약 살포 후 1시간 또는 8시간 동안 평균 검출률을 조사했으며, 처리된 구역과 대조군 구역('살포' 조건), 대두 성장 단계, 농약 도포 시간, 성장 단계 및 시간대 상호작용 기간 비교 시 차이를 조사했습니다. 처리된 플롯과 대조군 그래프 간의 비교는 1시간 및 8시간 모델 공식에서 ' 분포된' 변수로 참조됩니다.
1시간 창 모델에서는 고정된 효과가 '분포' 상태, 성장 단계, 시간대, 성장 단계와 시간대 상호작용 항이었습니다. 모델은 무작위 효과로 1년과 1년 부위 상호작용 항을 모두 적용했습니다. 전체 모델 공식은 다음과 같다:
(1)
가변 탐지율은 전체 관찰 창, 즉 1시간의 평균 벌 발견 시간을 반영합니다. 가변 분 포 분포 는 농약 살포를 했는지 아니면 처리되지 않은 대조군 구역인지를 나타냅니다. 변수 time_of_day 는 탐지가 오전 중반 이후에 포착되었는지, 아니면 정오 농약 살포 후에 기록되었는지에 해당합니다. 가변 단계는 탐지가 포착된 성장 단계에 해당합니다.
8시간 창 모델에서는 고정된 효과가 성장 단계와 '분포' 상태였습니다. 8시간 모델에는 정오 살포 시간이 야간 시간대에 포함되어, 오전 중반과 정오 분포 시간이 불공평하게 비교됩니다. 이는 정오 방포 시간이 벌들이 저녁에 활동하지 않아 남은 8시간 동안 남은 독성을 모두 검사하지 못하기 때문이며, 이 8시간 동안 벌이 비활성 상태인 경우가 많습니다. 따라서 정오 적용 기간과 ' 시간대', '시간대 : 단계' 도 모델에서 제외되었습니다. 용어들. 이 모델의 전체 공식은 다음과 같다:
(2)
이 공식에서는 감지율, 분포 처리, 단계라는 변수들이 1시간 창에 사용되는 공식과 동일한 의미를 가집니다. 유일한 차이점은 가변 탐지율이 8시간 창을 기준으로 계산된다는 점입니다. 수율 데이터는 혼합 효과 선형 모델로 분석되었습니다. 모델은 각 구획당 에이커당 부셸 수와 처리에 따른 수확량 변화를 살펴보았습니다. 모델에서 고정된 효과는 치료였고, 부위와 연도는 무작위 효과로 적합되었다. 완전한 모델 공식은 다음과 같이 작성됩니다:
(3)
대두 잎 탈엽은 각 구획당 잎 표면적이 빠진 평균 비율로 측정되었습니다. 혼합 효과 선형 모델을 사용하여 농약 주포 시간이 낙엽 비율에 미치는 영향을 비교하였다. 모델에서 고정된 효과는 플롯이 살포되는 시간이었습니다. 부지는 무작위 효과로 적합되었습니다. 완전한 모델 공식은 다음과 같습니다:
(4)
이 연구에 사용된 모든 프로토콜은 보충 파일 1 에 정리되어 있습니다.
결과
활동
8시간 창 모델(그림 1A–B)은 대두 성장 단계에 따라 벌 활동 간에 유의미한 차이가 있음을 보여주었으며(카이제곱 = 74.35, P < 0.001, df = 1), 농약 살포 후 8시간 동안 R3 단계에서 R5 단계에 비해 평균 검출률이 유의미하게 높았습니다. 대조군과 수조 혼합물을 투여한 벌 구역 간에 벌 활동에 유의미한 차이는 관찰되지 않았습니다(카이 제곱 = 0.053, P = 0.82, df = 1). 이 분석에서 평균제곱 오차는 0.00094였습니다. 실험에 참여한 매개변수의 분산은 분 사 = 0.021, 단계 = 0.041이었습니다.
농약 살포 후 1시간의 오디오 데이터 분석(그림 2A–B)은 대두 단계(카이제곱 = 12.72, P < 0.001, df = 1)와 시간대(카이제곱 = 9.97, P = 0.0016, df = 1)에 따라 벌 활동 사이에 유의미한 차이가 있음을 보여주었습니다. R3 단계에서 평균 검출률이 R5 성장 단계보다 높았습니다. 평균 검지율은 정오 살포 시간 이후 한 시간 동안 오전 중반 살포 시간 다음 한 시간보다 더 높았습니다. 농약 탱크 혼합물을 적용했을 때 벌 활동에 유의미한 차이는 관찰되지 않았습니다(카이제곱 = 0.62, P = 0.43, df = 1). 시간대와 성장 단계 상호작용 항(카이제곱 = 2.52, P = 0.11, df = 1)에서는 유의미한 차이가 관찰되지 않았습니다. 이 분석에서 평균제곱 오차는 0.00094였습니다. 분석에 관련된 매개변수의 분산 추정치는 다음과 같았습니다: 분포 = 0.027, 시간대 = 0.040, 단계 = 0.090, 시간대: 단계 = 0.14.
실험 기간 동안 모든 날짜에 걸쳐 평균을 내면, 오디오 탐지율은 대두 성장 단계별로 분리했을 때 차이가 있는 일일 탐지율 추세를 보여줍니다(그림 3). 두 단계 모두 검출률은 ~10:00에 급격히 증가하기 시작하고, ~17:00에 급격히 감소합니다. 하지만 이 추세는 R3 성장 단계에서 훨씬 더 두드러집니다. 또한, 탐지율은 R3에서 ~14:00에 R5보다 훨씬 높은 정점에 도달합니다.
수율 데이터
수확량 데이터 분석(그림 4)에서는 처리별로 대두 수확량 차이가 없음을 확인하였습니다. 어떤 처리 유형에서도 대두 수확량에 대해 유의한 차이는 발견되지 않았습니다(F = 0.16, df = 4, 90.86; P = 0.96).
낙엽
낙엽 데이터 분석(그림 5)에서는 농약 살포 시간에 따른 낙엽 차이가 유의미하지 않았습니다(F = 3.046, df = 2, 56; P = 0.055). 낙엽 감소는 대체로 낮았으며(대부분의 경우 <5%).
데이터 가용성:
그래프 생성 및 통계 분석에 사용되는 모든 원시 데이터는 보조 자료 섹션에 포함되어 있습니다.
그림 1: 농약 살포 후 8시간 평균 검출률 분포. (A) R3 성장기 동안 농약 주포 후 8시간 동안 평균 검출률(10분 간격으로 분류) 분포. (B) R5 성장 단계 동안 농약 주포 후 8시간 동안 평균 검출률(10분 단위로 분류) 분포. 대조군에는 농약이 전혀 적용되지 않았습니다. 어떤 그룹 간에도 통계적으로 유의미한 차이는 없습니다. 모든 박스플러트는 중앙선, 상하사분위(상자의 상단과 하단), 그리고 위스커(최소와 최대)를 표시합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
그림 2: 살충제 주포 후 1시간 평균 검출률 분포. (A) R3 성장기 동안 살충제 주포 후 1시간 동안 평균 벌 탐지율(10분 간격으로 분류) 분포. 대조군에는 농약이 전혀 적용되지 않았습니다. (B) R5 성장기 동안 살충제 살포 후 1시간 동안 평균 벌 탐지율(10분 단위로 분류) 분포. 대조군에는 농약이 전혀 적용되지 않았습니다. R3와 R5 모두 오전 중반과 중간군 간 평균 발견률에 통계적으로 유의미한 차이가 있었습니다. 모든 박스플러트는 중앙선, 상하사분위(상자의 상단과 하단), 그리고 위스커(최소와 최대)를 표시합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
그림 3: R3 또는 R5 성장 단계의 모든 오디오 녹음기의 평균 검출률. 탐지율(10분 단위로 비인팅)은 실험에 사용된 모든 오디오 녹음기의 평균 값을 생성 단계별로 구분하여 측정했습니다. 귀뚜라미 울음소리로 인한 버즈 감지에서 거짓 양성이 야간 시간대, 특히 새벽 4시 30분쯤에 관찰되었습니다. 각 성장 단계의 곡선은 서로 겹쳐져 있지 않습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
그림 4: 각 처리마다 대두당 부셸 수확량. 대조군에는 농약이 전혀 적용되지 않았습니다. 어떤 그룹 간에도 통계적으로 유의미한 차이는 없습니다. 모든 박스플롯은 평균선(검은 막대), 중앙선, 상하사분위(상자의 상단과 하단), 그리고 수염(최소와 최대)을 표시합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
그림 5: R5 성장 단계에서 평가된 낙엽 수준. 잎 제거는 대두 잎에서 잎 면적의 결핍 비율로 표현되며, R5 성장 단계에서 농약 부포 시기에 따라 그룹화되었습니다. 대조군에는 농약이 전혀 적용되지 않았습니다. 어떤 그룹 간에도 통계적으로 유의미한 차이는 없습니다. 모든 박스플롯은 평균선(검은 막대), 중앙선, 상하사분위(상자의 상단과 하단), 그리고 수염(최소와 최대)을 표시합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.
보조 파일 1: 실험을 재현하는 데 필요한 프로토콜은 이 문서에 나열되어 있습니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭해 주세요.
토론
IPM 프레임워크에 따라 해충 탐색과 살충제 방포가 권장되지만, 실험에서 살충제 도포는 해충 압력이 아닌 생장기 특정 시기에 미리 정해진 일정에 따라 예방적으로 이루어졌습니다. 이 연구에서는 농약 살포 후 수확량과 낙엽 효과가 경제적 임계치 이하로 떨어졌기 때문에 영향을 받지 않았을 가능성이 있습니다. 대부분의 경우 낙엽 피해는 <5%로, 대두47의 번식 단계에서 경제적 피해 15% 미만입니다. 예방적 살충제-살균제 도포가 대두 수확량이나 R5 성장기 동안 관찰된 낙엽량에 명확한 영향은 없었다. 이는 농약 사용이 대두 수확량을 보존하거나 곤충 초식을 억제하지 못했음을 시사합니다. 그러나 해충 정찰은 이루어지지 않았고, 낙엽 제거 결과는 이 들판에서 방제할 곤충이 거의 없었음을 시사하는데, 이는 다른 저자들의 연구 결과와 일치한다48. 마찬가지로, 다른 저자들(22 )은 곤충 압력이 거의 없거나 전혀 없을 때 탱크 혼합 농약 살포가 대두 수확량을 증가시키지 않는 유사한 결과를 보았다. 이 결과는 해충 압력이 낮을 때 살균제 살충제를 첨가하는 데 제한적인 이점이 있음을 시사합니다. 따라서 살충제 첨가는 특히 예방적 적용에 불필요한 비용이 들 수 있습니다.
대두 내 벌 활동을 대리하는 지표로 사용된 벌 윙윙거림 사례는 오전 중반이나 정오, 또는 R3 또는 R5 단계에서 살충제-살균제 혼합물을 살포해도 영향을 받지 않았다. 또한, 농약 살포 후 1시간 또는 8시간 관찰 시간 동안 벌 활동 감소는 관찰되지 않았습니다. 이는 이전 연구에서 피레스로이드 살충제의 기피 효과가 문서화된 바 있어 놀라운일입니다. 이는 피레스로이드 살충제가 살균제와 함께 사용되었기 때문일 수 있습니다. 이 두 농약 계열을 함께 사용하면 기피력이 감소하는 것으로 이미 밝혀졌습니다.
이 실험은 현장에서 살충제를 만난 꿀벌(Apis mellifera)에 대한 잠재적 부지 영향은 측정하지 않았다는 점도 주목할 만합니다. 농약이 벌 활동에 영향을 미치지 않는다고 해서 이 밭에서 채집하는 꿀벌들이 농약 노출에 영향을 받지 않았다는 의미는 아닙니다. 밭에서 채집하던 꿀벌이 농약을 접하고 계속 채집을 하다가 나중에 부정적인 영향을 경험했을 가능성도 있습니다. 연구들은 수조 혼합물49번과 피레스로이드 살충제30번이 꿀벌에게 부정적인 영향을 미치는 것으로 기록되었습니다. 꿀벌이 부정적인 영향을 받았을 가능성도 있으나, 이 효과가 현장 활동 감소로 이어지지는 않았습니다. 이는 꿀벌이 현장에서 만나는 일부 농약이나 조합에 대해 회피 행동을 보이지 않을 수 있음을 시사합니다. 대두 밭에서는 호박벌이나 외로운 꿀벌 같은 다른 벌들도 발견될 수 있습니다15,17. 이 벌들은 콩꽃을 채집할 때 발생하는 농약 살포에 불균형적으로 영향을 받을 가능성이 높습니다.
이 실험은 대두 밭에서 벌이 활동하는 시기를 밝혀주었습니다. 벌들은 R3 단계의 대두 번식이 가장 활발했는데, 이는 다른 저자들의 결과와 일치한다40. 또한, 데이터는 벌들이 아침보다 낮 중간에 대두 섭취에 더 활발히 활동하는 것으로 나타났습니다. 이 실험을 통해 하루 동안과 성장기 내내 벌 활동의 고해상도 그림이 생성되었습니다. 이는 대두 밭에서 벌의 활동 패턴이 중요한 것을 드러내며, 이는 살충제 라벨 작성과 적용 권고안에 중요할 것입니다. 이 결과는 벌에 대한 농약 노출을 줄이기 위해 R3 기간과 정오 시간대에 살포를 피해야 함을 시사합니다. 그러나 대두 농부들은 해충 활동과 경제적 기준에 따라 필요할 때만 잎에 살충제를 적용해야 합니다.
공개 사항
모든 저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.
감사의 글
저자들은 밭 심기, 관리, 수확에 대해 오하이오 주립대학교의 앨런 가이어에게, 현장 작업을 도와준 아서 로드리게스 드 수자, 제임스 언더우드, 앨리슨 데이비스 에게 감사를 표합니다. 이 연구는 미국 농무부 산하 국립식품농업연구소의 농업 및 식품 연구 이니셔티브(Agriculture and Food Research Initiative)가 2022-67019-36437 보조금과 오하이오 주립대학교 식품·농업·환경과학대학 내부 보조금 프로그램(프로젝트 #2023-013)의 지원을 받았습니다. 연구 지원은 오하이오 주립대학교 식품·농업·환경과학대학, 오하이오 실험소(OHO01277; OHO01355-MRF).
재료
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| ½ in. (1 cm) 부드러운 폼 | Uline | S-8350 | 마이크 커버 바람 차단 역할, 8 x 5 cm로 잘라 |
| 1.75 mm PETG+ 3D 프린터 필라멘트 - 진한 빨강 | Inland (Microcenter) | PETG+175FR1 | 레코더 커버 제작용 필라멘트, 꽃볼 모드로 인쇄, https://www.thingiverse.com/thing:7319146/files 사용 |
| 4 ft. (1.2 m) 울타리 철사 용 스텝 인 울타리 기둥 | Fi-Shock (트랙터 서플라이 컴퍼니) | 3600956 | 오디오 레코더 고정용 말뚝 |
| 6 in. (15 cm) 재사용 가능한 케이블 타이 | VELCRO | NA | 레코더를 말뚝에 부착 |
| AAA 배터리 | Procell | NA | 휴대용 오디오 레코더 전원 |
| Fastac EC 살충제 | BASF Ag 제품 | EPA: 7969-298 | 실험 전반에 사용된 피레스로이드 살충제. |
| Fitness 살균제 | Loveland 제품, Inc. | EPA: 34704-1031 | 실험 전반에 사용된 스테롤 생합성 억제(SBI) 살균제. |
| Grain Gauge H2 계량 시스템 | HarvestMaster | NA | 연구 플롯에서 수확량 데이터 수집 |
| 휴대용 오디오 레코더 | Sony | ICD-PX370 | 실험 전반에 사용된 오디오 레코더. 특히 대두 농장에서 오디오 데이터 캡처에 사용 |
| Pioneer P35T155E | Corteva | P35T155E | 실험 전반에 사용된 대두 품종 |
| Quantum Core 플롯 콤바인 | Wintersteiger | NA | 실험 동안 대두 수확에 사용된 콤바인 |
| 레인 커버 | N/A | NA | 오디오 레코더를 비로부터 보호. https://www.thingiverse.com/thing:7319146에서 찾을 수 있음 |
| 고무 밴드 - 2 x 1⁄16 in. (127 x 1.6 mm), #14 | Uline | S-14723 | 폼 바람 차단 장치를 레코더에 부착 |
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