KR20050001298A

KR20050001298A - 초음파를 이용한 고품질 원예작물 생산증대 및 해충억제방법

Info

Publication number: KR20050001298A
Application number: KR1020030042909A
Authority: KR
Inventors: 이완주; 최영철; 방혜선; 이동우; 최병렬; 이용기; 이상훈
Original assignee: 대한민국(관리부서:농촌진흥청); 그린테코 주식회사
Priority date: 2003-06-28
Filing date: 2003-06-28
Publication date: 2005-01-06

Abstract

본 발명은 초음파를 이용한 고품질 원예작물의 생산증대 및 해충억제 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 주파수 25~50㎑의 초음파를 작물에 적용시킴으로써, 작물의 생육을 촉진시키고 소음공해, 환경오염 및 생태계의 파괴없이 해충발생을 억제할 수 있다.

Description

초음파를 이용한 고품질 원예작물 생산증대 및 해충억제 방법{Method for increasing of yield and pest control of crop using ultrasonic wave}

식물에 음파를 들려주어 생육을 촉진하려는 시도는 1860년경 진화론을 주장한 찰스 다윈에 의해 최초로 시도된 이래, 1950년 인도의 싱 교수가 인도의 전통음악인 라가를 벼, 땅콩 및 담배에 들려주어 수확량 증가를 이룬 사례가 있으며, 톰프킨스(Thompkins) 등은 음파를 이용하여 식물의 성장 및 활력을 증진시키는 방법을 제시한 바 있다(참조: P. Thompkins et al., The Secret of Plants, Harper ＆ Low, 1973).

또한, 대한민국 특허공고 제 89-109호에는 식물을 지베렐린 수용액으로 처리하는 동안 음파를 적용시켜 식물의 성장속도를 증진시키는 방법에 대하여 개시되어 있으며, 대한민국 특허 제 131133호에는 주파수 2000㎐ 이하의 "음악을 이용한 식물의 생육촉진 방법"이 개시되어 있고, 특허 제38995호에는 "음파를 이용한 작물 생육촉진 및 농업해충 발생 억제기술 방법"이 기재되어 있다.

이와 같이, 음파에 의하여 식물의 생육을 촉진하는 원리는 음파가 식물세포에 공명현상을 일으켜 신진대사를 자극하고, 음향에너지가 세포분자 및 원형질 운동을 촉진시킴에 기인한 것으로 알려지고 있다. 그러나, 인간의 가청주파수대(약 20kHz 미만)에 매일 반복되는 음파로 인한 소음공해가 시스템설치 마을근처 및 시스템설치 농민에게 오히려 민원이 발생하게 되었다.

한편, 현 농업체계에 있어서 생산성 향상을 위한 농약의 과도한 사용으로 생산자와 소비자의 건강을 위협하고, 환경 오염, 소음공해 및 생태계 파괴 등의 문제점을 야기시키고 있음은 주지의 사실이다. 이에, 소음공해, 환경오염 및 생태계 파괴를 최소화할 수 있는 시도 중의 하나로, 초음파를 이용하여 작물의 해충밀도를떨어뜨리기 위한 연구가 진행되어 왔다. 이와 같이, 초음파를 이용한 고품질 원예작물 생산증대 및 병해충의 발생을 억제시켜 밀도를 떨어뜨리는 방법은 화학물질을 사용하는 생육방법과는 달리 환경공해, 소음공해를 유발하지 않는다는 장점은 지니고 있지만, 아직 적절한 조건을 찾는 노력이 부족하여 실제적으로 사용되지 못하고 있는 실정이다.

따라서, 초음파를 이용한 고품질 원예작물 생산증대 및 병해충의 발생을 억제할 수 있는 효과를 동시에 부여할 수 있는 새로운 방법의 개발이 절실히 필요하게 되었다.

이에, 본 발명자들은 초음파를 이용한 고품질 원예작물 생산증대 및 병해충의 발생을 억제하는 효과를 동시에 나타내는 방법을 개발하고자 연구 노력한 결과, 주파수 25㎑ 내지 50㎑의 초음파를 작물에 적용시킴으로써 경제적으로 작물의 생육을 촉진시키고, 소음공해, 환경오염 및 생태계 파괴없이 병해충 발생을 억제할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 소음공해 및 환경오염을 유발하지 않고 작물의 생육을 촉진시킬 수 있는 초음파를 이용한 고품질 원예작물 생산증대 및 병해충의 억제 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 초음파 처리에 따른 토마토의 온실가루이 발생억제효과를 나타내는 그래프이다.

도 2는 초음파 처리에 따른 오이의 목화진딧물 발생을 나타내는 그래프이다.

도 3은 초음파 처리에 의한 고추체내의 flavonoid(Isoquercitrin)류 함량변화를 나타내는 그래프이다.

도 4는 초음파 처리시간에 따른 진딧물 체내의 홀몬 Dopamine 함량변화를 나타내는 그래프이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 작물의 생산증대 및 병해충 발생억제 방법은 대상작물에 주파수 25~50㎑의 초음파를 적용하여 작물의 생육을 증진시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명자들은 이미 주파수 2000㎐ 이하의 음악을 이용하면 식물의 생육이 촉진된다는 사실(참조 : 대한민국 특허 제 131133호)과 20㎑ 이하의 음파를 이용한 작물 생육촉진 및 농업해충 발생억제 기술(참조 : 대한민국 특허 제38995호)을 알아내었으므로, 이를 바탕으로 각 주파수 음역대의 음악을 작물의 병해충에 들려준 결과, 주파수 2~20㎑ 음역대로부터의 제한 음역대를 지닌 연주음, 자연음, 또는 전기의 음역대를 지닌 음파가 작물의 병해충을 효과적으로 억제한다는 사실을 터득하게 되었다.

그러나, 매일 반복되는 가청주파수(20㎑ 미만) 영역대의 음악은 농민 및 농장주위 민가에서 소음공해를 유발하게 되므로, 소음공해로 인한 적정 초음파 영역이 절실히 필요하게 되었다. 따라서, 본 발명에서는 초음파 발생장치를 이용하여 소음이 전혀 없는 제한 음역대에서 나오는 초음파와 동시에 조용한 자연음으로는 물 흐르는 소리, 바람소리, 새소리, 가축의 울음소리 등 자연의 느낌을 주는 음향을 자연에서 녹취하여 사용하여 그 효과를 최대화하였다.

본 발명에서 작물에 들려주는 상기 초음파의 주파수는 25~50㎑, 음량은 60~80데시벨인 것이 바람직하고, 음파를 대상작물에 들려주는 시간은 하루에 적어도 1시간 30분, 바람직하게는 1시간 30분~3시간이며, 하루 중 해뜰 시 틀어주는 것이 가장 효과적이다(5∼9월은 05시∼08시, 10∼이듬해 4월은 06시∼09시 사이). 또한, 옆면시비 또는 농약을 살포할 때는 뿌리기 30분전부터 다뿌리고 나서 30분 정도까지 틀어 준다.

본 발명의 생육촉진 및 병해충 발생 억제방법의 적용 작물로는 어떠한 작물도 적용가능하나, 오이, 호박, 고추 등의 농작물 및 화훼가 포함되며, 또한 병해충발생 억제 방법의 적용 병해충으로는 파리목, 나비목, 매미목 등의 곤충과 목화진딧물 등을 비롯한 여러 병해충을 포함한다.

이와 같이, 본 발명에서는 특정 범위의 초음파나 자연음을 사용함으로써, 소음에 의한 작물의 스트레스를 완화시키면서 생육을 촉진시키는 동시에 작물에 병해를 유발시키는 병해충의 밀도 증가를 억제시킨다. 특히, 초음파나 자연음을 사용하는 경우에는 재배자 및 주변 마을에 전혀 소음으로 인한 피해를 주지않고 작업 능률을 향상시킬 수 있다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하지만, 본 발명이 이들 예로만 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1] 초음파 처리에 의한 작물의 생육 효과

초음파 처리에 따른 작물의 생육을 알아보기 위하여 40㎡ 면적의 비닐 하우스내에 오이, 무, 배추, 상추 및 미나리를 각각 재배하였으며, 초음파 발생은 각 비닐하우스 동 당 2개의 초음파 발생 스피커를 출입구 위에 서로 마주보게 설치하였다. 비닐하우스 내 초음파 처리는 전용발생장치 시스템(KGM-600p, (주)Greenteko)을 이용하여 오전 6시부터 오전 9시까지 약 3시간 동안 매일 초음파가 발생되도록 하여 작물의 생육을 관찰하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

	오 이	무	배추	상추	미나리
	무게(g/개)	유과수(개/포기)	무 게(g/개)	무 게(g/포기)	무 게(g/포기)	평균길이(㎝/촉)
무처리	94(100)^*	14(100)^ns	674(100)^*	3,061(100)^*	612(100)^*	32(100)^*
25㎑	149(159)	17(121)	935(139)	4,414(112)	704(115)	36(111)
* DMRT alpha = 0.05

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 무처리에 비해 초음파 25㎑ 처리구의 모든 작물이 효과가 있는 것으로 나타났으며, 작물별 초음파 처리 효과를 보면 오이가 무처리에 비해 개당 무게가 59%정도 더 무거워 가장 효과가 큰 것으로 나타났다.

[실시예 2] 초음파 처리에 의한 작물의 해충발생 억제 효과

[실시예 2-1] 초음파 처리에 따른 토마토의 온실가루이 발생억제 효과

초음파 처리에 의한 해충발생 억제효과를 확인하기 위해, 토마토 재배 비닐하우스 내에서 초음파 발생은 각 비닐하우스 동 당 2개의 초음파 발생 스피커를 출입구 위에 서로 마주보게 설치하였다. 비닐하우스 내 초음파 처리는 전용발생장치 시스템(KGM-600p, (주)Greenteko)을 이용하여 오전 6시부터 오전 9시까지 약 3시간동안 매일 초음파가 발생되도록 하여 토마토에 발생하는 온실가루이를 대상으로 전수 조사하였다. 조사시기는 2001년 5월 20일부터 7월 1일까지 초음파(무처리, 25㎑, 30㎑) 처리를 실시하여 1주일 간격으로 온실가루이 발생을 조사하였다. 그 결과를 하기 도 1에 나타내었다.

하기 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 초음파 처리 약 4주까지는 차이가 없었으나, 그 후부터 초음파 25㎑ 처리구가 무처리구와 30㎑ 처리구에비해 온실가루이 발생이 토마토 포기 당 약 2.3배 억제효과를 나타냄을 확인하였다.

[실시예 2-2] 초음파 처리에 따른 오이의 목화진딧물 발생억제 효과

초음파 처리에 의한 해충발생 억제효과를 확인하기 위해, 오이 재배 비닐하우스 내에서 초음파 발생은 각 비닐하우스 동 당 2개의 초음파 발생 스피커를 출입구 위에 서로 마주보게 설치하였다. 비닐하우스 내 초음파 처리는 전용발생장치 시스템(KGM-600p, (주)Greenteko)을 이용하여 오전 6시부터 오전 9시까지 약 3시간 동안 매일 초음파가 발생되도록 하여 오이에 발생하는 목화진딧물을 대상으로 전수 조사하였다. 조사시기는 2001년 5월 20일부터 7월 1일까지 초음파(무처리, 25㎑, 30㎑) 처리를 실시하여 1주일 간격으로 목화진딧물 발생을 조사하였다. 그 결과를 하기 도 2에 나타내었다.

하기 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 초음파 처리 약 20일 까지는 차이가 없었으나, 그 후부터는 초음파 25㎑ 처리구에 비해 무처리구에서는 목화진딧물 발생이 크게 증가하여 약 1개월 째에는 포기 당 100마리 정도 많이 발생하여 초음파 처리에 의한 목화진딧물 발생억제 효과가 나타남을 확인하였다.

[실시예 2-3] 초음파처리에 의한 곤충 목별 발생 누적밀도 저하 효과

온실 내 재배되고 있는 배추, 무, 오이의 작물에 초음파 25㎑를 처리하여 무처리 및 초음파 처리구에 트랩(1㎥)을 각 작목에 3개씩 설치하였으며, 트랩 내 자연발생하는 곤충을 전수조사하여 목별 누적밀도를 비교하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

마리수	총마리수	파리목	딱정벌레목	나비목	거미류	매미목	기타
무처리구 (A)	1260(100)	161(100)	754(100)	11(100)	2(100)	11(100)	321(100)
25kHz 초음파구 (B)	935(74)	137(85)	544(72)	4(36)	4(200)	12(109)	232(72)
A - B	325	24	210	7	-2	-1	89

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 초음파를 처리한 작물에는 거미류와 매미류를 제외하고 곤충의 밀도가 무처리구에 비해 낮았으며, 나비목은 64%, 딱정벌레목은 28% 정도 발생억제 효과를 나타냄을 확인하였다.

[실시예 3] 초음파 처리에 의한 고추체내의 flavonoid(Isoquercitrin)류 함량 변화 효과

초음파 처리에 의해 식물체내 생체활성 물질의 생성으로 해충이 식물체를 먹었을 때 섭식저해 등의 해충의 발생억제 효과를 알아보기로 하였다. 먼저, 초음파처리한 고추의 잎의 체내 flavoid류의 함량변화를 알아보기 위하여 무처리와 초음파 처리한 고추의 잎을 채취하여 100mesh 이하로 마쇄하여 1g을 80% MeOH 50㎖로 상온에서 2시간 2회 반복 추출하고 추출액을 syringe filter(0.45㎛)로 여과한 다음 분석에 사용하였다. 실험에 사용된 HPLC는 TSP(CA, USA)의 분석용 liquid chromatography를 사용하였으며, Spectrasystem gradient pump, UV/VIS detector, SP 4600 integrator, 및 Rhedyne injection valve(20(㎕)를 부착하여 사용하였다. 이때, 이동상으로는 2.5% AcOH : MeOH : Acetonitrile = 70 : 10 : 20의 혼합용매를 사용하였으며, 용매를 40분 동안 0.4㎖/min으로 isocratic elution시켰다. UV dector의 파장은 350nm, 감도는 0.05 AUFS로 하였으며, integrator의 chart speed는 0.25mm/min으로 하였다. 또한, 분석용 시약은 HPLC용이나 특급시약을 사용하였으며, 사용전 용매여과기(0.45㎛ membrane filter)로 여과하여 Isoquercitrin을 분석하였다. 그 결과를 하기 도 3에 나타내었다.

하기 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 초음파 처리 전에는 함량의 차이가 없었으나, 처리 후 18일 후에 초음파 처리구에서 Isoquercitrin 함량이 15% 정도 증가함을 알 수 있었다.

[실시예 4] 초음파 처리에 의한 진딧물 체내의 홀몬 도파민(Dopamine) 함량 변화 효과

초음파를 진딧물에 처리하여 처리시간에 따른 진딧물의 체내 홀몬 도파민 함량 변화를 알아보기로 하였다. 상기 도파민은 해충의 껍질생성에 관여하는 성분으로서 초음파에 의한 함량변화를 측정하여 성충으로의 발달상황을 판단하는 것이다.

먼저, 무처리와 초음파 처리 30분, 1시간, 24시간 및 96시간째에 진딧물을 채집하여 100mesh 이하로 마쇄하여 0.01g을 80% MeOH 50㎖로 상온에서 2시간 2회 반복 추출하고 추출액을 syringe filter(0.45㎛)로 여과한 다음 분석에 사용하였다. 실험에 사용된 HPLC는 TSP(CA, USA)의 분석용 liquid chromatography를 사용하였으며, Spectrasystem gradient pump, UV/VIS dector, SP 4600 integrator, 및 Rhedyne injection valve(20(㎕)를 부착하여 사용하였다. 그 결과를 하기 도 4에 나타내었다.

하기 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 초음파가 진딧물 체내의 도파민에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 처리 1시간 후에는 무처리에 비해 초음파를 처리했을 경우 진딧물 체내 도파민 함량이 현저히 낮아짐을 확인하였고, 이로 인해 초음파에 의해 성충으로 발달하지 못한다는 사실을 알 수 있었다.

[실시예 5] 초음파 처리에 의한 각 분획의 배추좀나방 섭식저해 활성 효과

초음파 처리에 의해 식물체내 생체활성 물질의 생성으로 해충이 식물체를 먹었을 때 섭식저해 등의 해충의 발생억제 효과를 알아보기로 하였다. 배추 파종 2일째부터 3시간/1일 초음파를 처리한 후 배추잎을 채취하여 분획을 제조하였으며, 각 분획물을 농축 후 메탄올에 녹여 5,000ppm의 희석액에 잎 절편(Ф1cm)을 30초간 침지한 후 hood에 2시간 동안 풍건, 여지를 깐 페트리디쉬에 처리 분획물 잎 절편을 놓고 배추좀나방 3령 유충을 10마리씩 처리한 다음 24시간 경과 후, 각 분획물에 대한 배추좀나방의 섭식저해 활성을 조사하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

	헥산	클로로포름	에틸아세테이트	부탄올	물	메탄올
무처리	90.0±4.14	90.0±4.79	92.5±9.57	90.0±8.16	65.0±17.32	100±0.00
25kHz초음파	2.5±5.00	55.0±5.77	60.0±11.55	68.8±14.36	75.0±30	97.5±5.00
섭식성 (%)	94.59(++)	24.1(-)	21.31(-)	13.35(-)	-7.14(-)	1.26(-)
* 저해활성 정도 : 완전섭식 100, 전혀 섭식하지 않는 경우 0저해활성 100∼80% : ++ , 저해활성 80∼50% : +, 저해활성 50% 미만 : -

상기 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 헥산은 섭식성이 95% 정도로 무처리에 비해 초음파 처리구에서 거의 섭식을 하지 않는 것으로 나타났고 나머지 분획에서는 섭식저해 활성이 24%이하로 낮게 나타났다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 초음파를 이용한 고품질 원예작물 생산증대 및 농업병해충의 발생을 억제방법에 의하면 25~50㎑의 초음파를 작물에 적용시킴으로써, 경제적으로 작물의 생장을 촉진시키고 소리공해, 환경오염 및 생태계 파괴없이 병해충의 발생을 억제할 수 있다.

Claims

대상작물에 주파수 25~50㎑ 음역대의 초음파를 적용하는 것을 특징으로 하는 작물의 생산증대 및 병해충 발생의 억제방법.
상기 제 1항의 초음파에 더하여 자연음을 추가로 사용하는 것을 특징으로 하는 작물의 생산증대 및 병해충 발생의 억제방법.
제 2항에 있어서, 상기 자연음은 물 흐르는 소리, 바람소리, 새소리, 가축의 울음소리로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 작물의 생산증대 및 병해충 발생의 억제방법.