우박 및 연속된 강우에 의한 화상병 급속 확산 사례 연구
A Case Study on the Rapid Spread of Fire Blight Due to Hail and Continuous Rainfall
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Abstract
화상병은 Erwinia amylovora에 의해 발생하는 과수의 세균병이다. 과수원 간 10 km 이상의 거리에서 전염은 주로 감염된 묘목이나 작업 도구의 오염을 통해 이루어진다. 반경 1 km 이내에서는 곤충 매개체, 비, 상처를 통한 자연 감염에 의해 전파될 수 있다. 2023년 안동 지역에서 발생한 화상병의 발병 양상은 고립된 마을 내 대부분의 사과 과수원이 빠른 확산과 발병 양상을 나타내었다. 화상병의 빠른 확산 원인으로는 첫째, 해당 마을 과수원에 이미 감염된 사과나무가 존재하였고, 둘째, 6월과 7월의 월간 강우일수가 각각 16일, 19일이었으며, 이 기간 동안의 연속적인 강우와 세 차례의 우박으로 인해 사과 잎에 생긴 상처를 통해 병원균이 빠르게 감염된 것으로 보인다. 특히, 6월 11일과 29일에 비와 우박이 동시에 발생하였으며, 이때 화상병이 집중적으로 발생하였다. 본 논문은 비와 우박 동시 발생시 화상병이 확산될 가능성을 시사하고 있다. 하지만 본 연구의 언급된 한 마을의 사례를 일반화하기에는 부족함이 있다. 우박으로 인해 잎과 과실에 상처가 생길 경우, 화상병과 같은 세균병의 발생과 확산을 최소화하기 위해서는 비가 그친 후 즉각적인 항생제 살포가 필요할 것이다.
Trans Abstract
Fire blight, a bacterial disease caused by Erwinia amylovora, affects fruit trees and can be transmitted between orchards over distances up to 10 km, primarily through infected seedlings or contaminated equipment. Within a 1 km radius, natural infection may occur via insect vectors, rain, and mechanical wounds. In 2023, an outbreak in the Andong region was characterized by rapid spread, with most apple orchards in an isolated village becoming affected. Two factors appear to have contributed to the rapid dissemination of the disease. First, the presence of infected apple trees within the orchards served as a local source of inoculum. Second, a high frequency of rainy days-16 in June and 19 in July-coupled with three hailstorms, notably on June 11th and 29th, likely facilitated pathogen entry through wounds on apple leaves and fruits. This case demonstrates that simultaneous occurrences of rain and hail can accelerate the spread of fire blight, suggesting that immediate antibiotic treatment following hail-induced injuries may be critical in minimizing disease incidence.
국내 통계청 국가통계포털(https://kosis.kr/index/index.do)의 2023년 발표 자료를 기준으로 사과 재배면적은 33,789 ha였고 생산량은 394,428톤이었다. 국내 사과 생산량이 점점 감소하는 경향을 나타내는데, 이는 기후 변화에 따른 기상 요인에 의한 장해와 병해 발생 증가가 주요 원인으로 추정된다. Erwinia amylovora에 의해 발생하는 화상병(fire blight)은 식물방역법상 금지병원균으로 지정되어 국내 발병 시 기주식물을 매몰하는 방제법을 실시하고 있으며, 사과 생산량 감소에도 영향을 주고 있다. 화상병은 사과, 배 등 장미과에 속하는 180개 이상의 식물에 감염될 수 있는 병이다(van der Zwet와 Keil, 1979). 화상병은 1780년 미국 동부 지역에서 최초로 발생 보고되었으며, 이후 북미, 유럽, 아프리카 그리고 오세아니아 지역에서 발생하였다(Drenova 등, 2012). 중국에서는 2016년 신장 지역에서 화상병이 처음 발견되었고, 이후 신장과 간수 지역의 배와 사과에 많은 피해가 발생하였다(Sun 등, 2023). 국내에서는 2015년에 경기도 안성, 천안, 충청북도 제천 지역에서 배와 사과에 최초로 화상병이 발생하였다(Myung 등, 2016; Park 등, 2016). 특히 2019년 사과와 배에 화상병이 발생한 과수원을 조사한 결과, 농업인들이 화상병에 대한 인식이 없는 상태에서 농작업과 방화곤충 등을 통해 주변 과수원으로 확산된 것으로 나타났으며, 발생 면적은 2019년까지 증가하는 경향을 보였다(Ham 등, 2020). 화상병 국내 발생 면적은 2020년에 394.4 ha로 가장 많았고, 이후 발생 면적이 점차 감소하고 있다.
화상병은 감염된 부위의 궤양 부위에서 월동 후 병원세균이 활성화되어 발병하며, 매개곤충이나 상처를 통해 전파된다(Ham 등, 2022). 병원세균에 감염되면 신초가 굽고 말라 죽으며 엽맥을 따라 갈변되는 병징이 나타나기도 하는데, 가지검은마름병 (Erwinia pyrifoliae)과 유사하다(Lee 등, 2020). Ham 등(2022)은 이 두 가지 병을 구분하여 진단할 수 있는 프라이머를 개발하였다. Kim 등(2023)은 화상병 발생 현황과 농촌진흥청 과수 화상병 예측 서비스를 이용하여 꽃 감염 위험 경보가 시작되는 초기 3일간의 강수량이 발병 규모를 결정하는 요인이 된다고 하였다. 2015년부터 2019년까지 국내 사과나무의 화상병 발생은 주로 5-10월에 이루어졌으며, 특히 5-7월에 전체의 85.6%가 집중되어 있었다(Ham 등, 2020). 곤충에 의한 꽃 감염은 주로 개화기에 이루어지며, 생육기 전정 작업 시 작업 도구 또는 작업자에 의하여 과수원 간 혹은 과수원 내 병원균 전염이 이루어질 수 있는 것으로 알려져 있다. Rezzonico 등(2024)은 화상병 확산의 이유 중 하나로 감염된 나무로부터 유출된 수액이며 나무와 나무 간 확산에 중요한 역할을 한다고 하였다.
본 연구는 2023년도에 경북 안동 지역의 사과 과수원에 화상병이 발생하여 주변으로 확산한 사례에 관한 것이다. 이 지역의 사과 과수원에서 처음 화상병이 발생한 이후 약 2개월 동안 급격하게 확산하였으며, 이로 인하여 매몰방제를 실시한 과수원의 면적은 총 18 ha였다. 6월 13일부터 15일까지 최초 예찰 결과 병 발생 과수원은 8개였으며, 감염주율은 1개 과수원 이외에는 모두 5% 이하였으나, 비와 우박이 동시에 발생한 이후 1달 이내에 급격하게 화상병 발생과원과 감염주가 증가하는 경향을 나타내었다. 화상병이 이와 같이 급격하게 확산한 원인을 찾기 위하여 현장방문 조사 중 화상병 발생 전에 우박이 1회 발생하였으며, 화상병 발생 후에도 2회에 걸쳐 우박이 내린 것이 확인되었다. 화상병은 작업 도구, 나무의 상처, 바람, 상처, 곤충 등에 의하여 전염된다고 알려져 있는데, 특히 수분은 병원세균 전염에 매우 중요한 인자이다. 산지로 둘러싸인 분지형의 이 지역에 처음 화상병 감염주가 발생한 이후 연속된 강우와 우박이 발생하였으며 이 때 생긴 상처와 빗물을 통하여 화상병 병원균이 과수원 내 혹은 인접한 과수원으로 확산될 수 있을 것으로 가정하여 본 연구를 실시하였다. 화상병이 발생한 건수와 기상 요인별 상관관계를 분석을 통하여 화상병 전염과 확산에 영향을 줄 수 있는지에 대하여 조사하였다.
화상병 진단에 사용된 재료는 안동시의 병 발생지에서 신초가 마르거나 엽맥이 갈변되는 증상이 나타나는 의심 부위를 신초로부터 20 cm 정도 길이로 잘라내어 1개씩 지퍼백에 넣은 후 진단용 시료로 활용하였다. 진단용 시료는 신초, 잎 또는 가는 줄기의 외피 부분을 이용하였다.
2023년 6월 13일 처음 화상병 의심 증상 발생 지역을 방문하여 사과나무 신초가 마르는 증상이 나타나는 것을 확인 후 발생지 주변 2 km 반경 이내 사과 과수원을 대상으로 농업기술센터와 단독 및 공동 조사를 8월 31일까지 실시하였다. 화상병 의심 시료 진단은 VDRG 과수 화상병 Rapid kit (Cat. No. FB-EAV-11; MEDIAN Diagnostics, Chuncheon, Korea)로 1차 진단하였으며, 화상병과 가지검은마름병 구분을 위하여 HelixDtec 과수 화상병/가지검은마름병검출키트(Cat No EAEP-T100; NANOHELIX, Daejeon, Korea)를 이용하여 QuantStudioTM 5 Real-Time PCR (Applied biosystems, Waltham, MA, USA)로 실시간 유전자 증폭 진단을 실시하였다. 두 가지 방법의 진단에서 모두 양성을 나타낸 시료의 과수원을 화상병 발생 과수원으로 확정하였다. 전형적인 화상병 병징이 없이 마르는 잎이나 우박에 의한 잎의 상처 주변의 갈변 증상의 시료는 경계 부분을 70% 에탄올로 30초 표면살균 후 tryptic soy agar (tryptone 15 g, soytone 5 g, NaCl 5 g, agar 15 g/1 l)에 획선도발 및 치상하여 27 o C에서 48시간 배양 후 화상병균과 유사한 콜로니를 선발하여 간이 진단 및 real-time PCR 진단을 통하여 발병 여부를 결정하였다. 지번이 1개 이상이더라도 외관상 같은 과수원 형태를 구성하고 있는 경우는 1건으로 계산하였다.
기상분석 데이터는 화상병 발생 지역과 인접한 안동시 북후면의 기상 관측 자료는 포털사이트 농업날씨365 (https:// weather.rda.go.kr)를 참조하였다. 우박 발생 시기는 해당 병 발생 지역 농업인 탐문 및 보도 자료를 참조하여 작성하였다. 발생 지역의 과수원 관리 이력, 작목반 가입 여부, 전지·전정 작업 방법, 화상병 인지 여부 등은 발생 농가 대상 설문을 통해 조사하였다. 발생 지역의 해발과 경사도는 구글 어스(https://www.google.com/intl/ko_ALL/earth/)를 이용하여 조사하였다.
기상 측정 및 조사 자료와 필지별 화상병 발생 건수와 상관관계를 분석하기 위하여 6월 1일부터 8월 30일까지 5일 간격으로 나누어 평균 온도와 습도는 평균치를 그리고 강수량과 우박이 발생한 시간은 합계한 수치를 과수원 단위별 화상병 발생 건수와 비교하였다. Pearson의 상관분석을 위하여 R version 4.4.1 (https://www.r-project.org/; The R Foundation, Vienna, Austria)을 이용하였다. 화상병 확산이 개화기에 이루어졌을 개연성을 조사하기 위하여 농촌진흥청 과수 화상병 예측 서비스(https://fireblight.org)에서 제공하는 2023년도 안동시 예안면 일대의 꽃감염 위험 정도 예측 결과 데이터를 조사하였다.
안동시 예안면 인계리 일대에 사과나무 신초에 화상병 의심 증상이 2023년 6월 13일에 발견되었다. 현장방문 조사 결과, 사과나무 신초가 꼬부라지면서 신초 끝부터 괴사되고 흑갈색으로 변하는 전형적인 화상병 병징을 나타내었다. 화상병이 처음 발견된 과수원에서는 사과 잎이 찢어지면서 상처가 생긴 잎이 10-15% 정도였으며 찢어진 잎의 상처 부위는 갈변되거나 괴사하는 증상을 나타내었다(Fig. 1A, B). 화상병 병징은 6월 중순부터 7월 중순에 잎의 상처 부위에서 시작하여 신초나 잎에 많이 나타났다(Fig. 1C, D). 병징이 발현된 시료들을 채취하여 진단한 결과 모두 화상병 양성으로 반응을 나타내었다.
Symptoms of leaf damage and fire blight caused by hail by season in 2023. (A, B) Damage and first symptoms of apple leaf af-ter hail (13 June). (C) Damage and advanced symptoms of apple leaf (23 June). (D) The symptoms of fire blight on shoot.
화상병이 발생한 지역은 해발 고도 190-414 m 범위에 분포하고 있었으며 특히 우박이 발생한 해발 고도가 300 m 이상에 위치한 과수원 밀집 지점에 집중되어 있었다. 이 지역의 평균 경사도는 약 9°로 상당히 급한 경사를 이루고 있는 지형이었고 최초 병징이 발생한 지역은 고도가 약 410 m 지점으로 발생지 중 고도가 가장 높은 지점이었다(Fig. 2). 이 지형은 비가 오면 위쪽 과수원에서 급한 경사를 따라 아래쪽 과수원으로 지면을 따라 빗물이 흘러내려갈 수 있는 지형의 특성을 나타내고 있다. 이 지형 특성상 비와 우박이 동시 발생으로 식물체 조직에 상처가 날 경우 감염된 조직에서 유출된 병원균이 다량 유출되어 아래쪽 과수원으로 확산할 수 있었을 것으로 고려되었다. 발생 농가 10명을 대상으로 설문조사를 실시한 결과, 지역을 이동하며 전지·전정 작업을 하는 근로자를 고용하여 작업한 것이 확인되었으며, 화상병이 이 지역에 유입된 원인은 작업자의 도구 등에 의하여 유입되었을 것으로 추정되었고, 마을 내 공동작업을 통하여 밀집되어 있는 인근 과수원으로 전염된 것으로 조사되었다. 6월 13일부터 6월 15일까지 최초 발생지로부터 2 km 반경 내 조사에서는 8개 과수원에서 화상병 발생이 확인되었다. 이 8개 과수원 중에 1개만 화상병 발병주율이 5% 이상이었고 나머지 7개는 3% 이하였으나, 6월 15일부터 6월 20일 사이에 병 발병주율이 급격하게 증가하여 4개 과수원의 발병주율이 5.7-10.8%로 증가하여 전체 매몰방제를 실시하였다.
Topographic map of areas affected by fire blight and the locations of affected orchards (red indicates full burial and blue indicates partial burial).
이후 6월 13일부터 6월 30일까지 29개 과수원에서 화상병 발생이 확인되었다. 이는 우박으로 생긴 잎과 신초의 상처와 연속된 비로 인하여 확산된 병원균이 전염되어 화상병 발병주율이 급격하게 증가한 것으로 추정된다.
이 지역의 2023년 6월 1일부터 12일까지 평균 온도는 21.0 o C였고, 평균 습도는 80.6%, 강수량은 38 mm였으며, 특히 6월 11일에 지름 0.5-1 cm 크기의 우박이 15분간 내렸고, 6월 29일에 20분간, 7월 1일에 10분간 우박과 비가 동반하여 내렸다. 6월의 평균 기온은 21.9 o C, 최고온도 28.3 o C, 최저온도는 15.3 o C, 일 평균 습도는 85.6%였다. 7월과 8월의 평균 기온은 각각 25.2 o C, 26.2 o C였고, 습도는 93.8%, 91.8%로 매우 높았다(Fig. 3). 6월 10일부터 6월 30일까지 평균 기온은 22.4 o C, 총 강우량은 161.5 mm, 강우일수는 9일이었다. 2차 우박이 발생한 6월 29일에는 강우량이 6 mm였으며, 비와 우박이 동시에 내렸다. 3차 우박이 발생한 7월 1일에는 비가 내리지 않고 우박만 내렸다(Fig. 3). Norelli와 Brandl (2006)은 비가 병원균의 생존과 전반에 매우 중요한 요소라고 하였고, Choi 등(2019)도 비와 바람이 병원균의 이동과 확산에 중요 한 요소라고 하였다. 그러나 본 연구 대상의 과수원에는 우박이 내리면서 식물체의 잎과 신초에 상처를 발생시키면서 동시에 비가 와서 감염된 식물체 내의 병원세균이 누출되고 주변으로 확산되는 요인으로 작용한 것으로 보인다. 화상병은 7월 1일에 우박이 내린 날부터 7월 14일까지 14개의 과수원에서 발생하였다. 화상병 발병 건수가 집중되어 있는 이 32일 동안의 평균 기온은 23.5 o C, 일 평균 기온의 범위는 18.6-26.1 o C였으며, 강우량은 292.5 mm, 강우일수는 15일이었고 이 기상 조건은 국내에서 화상병이 가장 많이 발견되는 시기인 6-7월의 기상과 유사하였다(Choi 등, 2024). 7월 15일부터 8월 31일까지 48일 동안의 평균 온도는 26.1 o C였고, 강우량은 456.5 mm, 강우일수는 18일이었다. 이후 평균 기온이 올라가면서 화상병 발생 건수는 감소하여 7월 27일에 5건, 8월에 총 8건이 발생하였다(Fig. 3). 이 중에 9개 과수원은 발생주율이 5% 이하로 부분 매몰 방제하였으며, 나머지 47개 과수원은 발생주율이 5% 이상으로 전체 매몰 방제하였다. 평균 온도가 올라가면서 화상병 발생이 감소한 것은 고온기에 신초가 경화되면서 병징 발현이 잘 이루어지지 않았기 때문인 것으로 보인다. 10월 26일에도 우박이 발생하였으나, 이 시기에는 일 평균 온도가 12.9 o C로 매우 낮아 병원균이 전반되거나 감염되기에 적합하지 않은 환경 조건이었으며 이후 추가 발병은 없었다. 이 지역의 화상병 발생 과수원들은 최초 발생지로부터 반경 1.2 km 이내에 분포하고 있으며, 총 발생 과수원의 숫자는 58개였고, 발생 과원의 면적은 194,366 m2였으며, 발생 농가수는 21호였다.
Number of fire blight (FB) incidence, hail occurrence time, precipitation, and average temperature in the fire blight-affected areas of Andong in 2023. No. of case FB occurrence, the number of orchards with fire blight outbreaks per day; Hail time, the days when hail fell and minutes of the duration of the hail.
병이 발생한 농업경영체 10호를 대상으로 설문조사를 실시한 결과, 대부분 지역 작목반에 가입하고 있었다. 전지와 전정은 자가 실시한 경영체는 3호, 공동작업을 실시한 경영체는 7곳이었다. 화상병의 병징에 대해서는 3농가만 인지하지 못하고 있었다. 모든 농업경영체들이 화상병 의무 방제를 적기에 실시하였다고 응답하였다.
6월 13일부터 8월말까지 화상병이 발생한 과수원의 수와 각각의 기상 요인을 5일 단위로 나누어 상관관계를 분석한 결과 요인별 상관계수는 다음과 같았다. 화상병 발생 건수와 우박 발생 시간과 상관계수는 0.62, 강수량과는 0.44, 습도와는 0.22의 상관계수를 나타내었다. 이 결과는 우박이 화상병 발생에 가장 높은 유연관계가 있다는 것을 나타내었으며, 다음으로 강수량, 습도 순으로 나타났다. 이는 화상병이 발생하여 균이 잠복되어 있는 과수원에 우박과 강우량이 동시에 내리는 경우 식물체의 상처에 의하여 화상병이 급격하게 확산될 수 있다는 것을 유추할 수 있게 한다. 이 결과는 Kim 등(2023)은 강수량은 화상병 발생에 중요한 역할을 하며, 꽃 감염 위험 기간 동안의 기온과 강우 패턴은 과수의 병징 및 발병 수준에 직접적으로 영향을 미친다는 결과와 맥락이 같다. 이번 화상병 발생 사례 연구에서는 강우와 우박이 겹쳐서 사과나무의 잎과 신초에 상처가 발생한 상태의 시료에서 양성으로 확진된 경우가 많았기 때문에 우박이 화상병의 확산에 영향을 주었을 가능성이 있다고 가정해 볼 수 있다.
화상병이 발생한 과수원의 수와 평균 온도와는 -0.21의 상관계수를 나타내어 온도가 높을수록 화상병 발생 건수가 감소하는 경향을 나타내었다(Fig. 4). Ham 등(2020)은 국내 사과의 화상병 발생이 가장 높은 시기는 6월이며 다음으로 7월이라고 하였다. 이유는 화상병 최적 생육 온도가 22-25 o C 정도인데 평균 온도가 이보다 높아지면 병원세균의 증식이 감소하고 과수 나무의 조직은 경화되어 세균병 감염도 어려워지기 때문이다. 2023년도 6월 21일과 7월 4일에 경북 봉화 지역에서 5건 발생하였으며, 이후에는 추가적인 병 발생은 없었다. 이 시기에 봉화의 화상병 발생 지역에서 우박은 내리지 않았다. 이와 같이 화상병 발생 지역에 우박이 발생하지 않은 경우에는 병이 추가 발생이나 급속 확산하는 경우가 없었으나, 안동에서 특이하게 추가 발생하는 양상을 보인 것은 기상 환경 중 우박과 강우에 의한 영향이 큰 것으로 추정된다.
Correlation analysis results between the number of orchards affected by fire blight and weather factors at 5-day intervals from June to August. A.T., average temperature; Humidity, average hu-midity; Precipitation, total precipitation; H.T., the time when hail fell; F.B., the number of orchards affected by fire blight.
농촌진흥청 과수 화상병 예측 서비스앱을 이용하여 2023년 4월에 안동시 예안면 일대의 사과 개화기의 감염 위험도를 조사한 결과, 낮음 또는 다소 높음으로 나타났다. 이 지역의 사과 개화기인 4월 12일부터 4월 23일까지의 평균 온도는 12.2 o C였고, 강우량은 1.5 mm였다. 병 발생 과원 농가 대상 설문조사 결과 개화기에 의무 방제는 모두 실시하였고 꽃 감염 증상은 발견하지 못했다고 하였다. 화상병 첫 발생 시 현장 예찰을 하였을 때에 꽃 감염 흔적은 거의 발견되지 않았고 전정 및 전지 작업을 하여 잘린 흔적이 있는 가지와 가까운 신초가 마르는 증상이 대부분이었다. 따라서 이 경우에는 화상병이 개화기에 확산하였을 확률은 낮았을 것으로 보이며 6월 하순부터 8월 초순까지 화상병이 과수원 내 확산과 인접 과수원으로 확산된 것은 연속된 강우와 3차례의 우박 발생이 중요한 요인으로 작용한 것으로 보인다. 이러한 결과로 미루어 보아 이 지역의 화상병 1차 전염은 작업자에 의하여 이루어졌고 과원 내 2차적으로 급속하게 병이 확산된 것은 6-7월의 우박에 의한 상처와 연속된 강우에 의하여 병원균이 확산되고 전염되었을 것으로 유추할 수 있다. 이 연구에 의하면 화상병 발생 지역에 우박과 비가 동시에 오는 경우에는 병원균의 급속한 확산이 이루어질 가능성이 있으므로 우박이 그친 후 즉시 항생제로 추가 방제를 실시하여 병원균의 전염과 확산을 최소화해야 할 것으로 고려된다.
하지 못했다고 하였다. 화상병 첫 발생 시 현장 예찰을 하였을 때에 꽃 감염 흔적은 거의 발견되지 않았고 전정 및 전지 작업을 하여 잘린 흔적이 있는 가지와 가까운 신초가 마르는 증상이 대부분이었다. 따라서 이 경우에는 화상병이 개화기에 확산하였을 확률은 낮았을 것으로 보이며 6월 하순부터 8월 초순까지 화상병이 과수원 내 확산과 인접 과수원으로 확산된 것은 연속된 강우와 3차례의 우박 발생이 중요한 요인으로 작용한 것으로 보인다.
이러한 결과로 미루어 보아 이 지역의 화상병 1차 전염은 작업자에 의하여 이루어졌고 과원 내 2차적으로 급속하게 병이 확산된 것은 6-7월의 우박에 의한 상처와 연속된 강우에 의하여 병원균이 확산되고 전염되었을 것으로 유추할 수 있다. 이 연구에 의하면 화상병 발생 지역에 우박과 비가 동시에 오는 경우에는 병원균의 급속한 확산이 이루어질 가능성이 있으므로 우박이 그친 후 즉시 항생제로 추가 방제를 실시하여 병원균의 전염과 확산을 최소화해야 할 것으로 고려된다.
Notes
Conflicts of Interest
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
Acknowledgments
This research was by a Cooperative Research Program (Project No. RS-2021-RD009514) from the Rural Development Administration, Republic of Korea.