Modelling crop yield using growth parameters and fall armyworm (Spodptera frugiperda J. E. Smith) leaf damage under different NPK regimes for Cameroon Highland Composite (CHC) maize

공기가 서늘하고 토양이 비옥한 카메룬의 고원 지대에서 옥수수는 단순한 작물 그 이상입니다. 그것은 생명줄입니다. 수십 년 동안 이 곡물은 가정용 식재료라는 단순한 역할을 넘어 도시와 산업을 먹여 살리는 중요한 현금 작물로 변화해 왔습니다. 그러나 옥수수를 성공적으로 재배하는 것은 끊임없는 균형 잡기입니다. 농부들은 질소, 인, 칼륨을 중심으로 한 토양의 영양분 갈구함을 관리하는 동시에, 끊임없이 몰려드는 적인 짚나방(fall armyworm)으로부터 밭을 방어해야 합니다. 이 나방의 유충은 잎을 갉아먹어 수확을 위협할 수 있습니다. 오랫동안 농업계에는 식물에게 더 많은 비료를 주는 것이 식물을 더 튼튼하게 만들지만, 동시에 더 맛있고 배고픈 곤충들에게 매력적으로 만든다는 믿음이 지속되어 왔습니다. 노스 웨스트 지역의 연구진이 직면한 과제는 이러한 상충 관계가 현지 농부들이 재배하는 특정 옥수수 품종에도 적용되는지, 그리고 만약 그렇다면 최종 수확에 어떤 영향을 미치는지 확인하는 것이었습니다.

카메룬과 감비아의 대학 소속 과학자 팀은 발리(Bali) 마을 근처의 야외 실험에서 이 관계를 테스트하기 위해 나섰습니다. 그들은 30년 동안 소농들의 주식이었던 카메런 하이랜드 컴포지트(Cameroon Highland Composite)라고 알려진 네 가지 특정 옥수수 품종에 집중했습니다. 연구진은 이 씨앗들을 정교하게 조직된 격자 구조로 심었으며, 다양한 양의 비료를 테스트하기 위해 밭을 구획으로 나누었습니다. 어떤 식물에는 비료를 전혀 주지 않은 반면, 다른 식물에는 표준 영양 혼합물을 소량, 중량, 대량으로 투여했습니다. 그들은 식물이 자라는 것을 면밀히 관찰하며 키, 줄기 두께, 잎의 크기를 측정했습니다. 또한 잎에 가해진 손상 정도를 아무런 피해가 없는 상태부터 심각한 파괴에 이르기까지 간단한 점수 체계를 사용하여 짚나방의 피해를 예의주시했습니다.

결과는 식물이 토양의 영양분에 어떻게 반응하는지에 대한 명확한 그림을 보여주었습니다. 비료 투여량이 증가함에 따라 옥수수는 더 높게 자랐고, 줄기는 더 굵어졌으며, 잎은 더 커졌습니다. 이는 네 가지 품종 모두에서 나타난 현상으로, 식물들이 추가적인 영양분을 사용하기 위해 매우 열성적임을 보여주었습니다. 그러나 실제 수확까지 살아남는 식물의 수에 있어서는 씨앗의 종류가 비료보다 더 중요했습니다. CHC202로 알려진 한 품종은 비료 수준에 관계없이 일관되게 가장 많은 식물을 생산했고, 가장 높고 건강한 줄기를 만들어냈습니다. 이 품종은 거의 모든 성장 지표에서 나머지 세 품종을 압도하며 그룹 내의 확실한 챔피언으로 떠올랐습니다.

그러나 비료와 해충 사이의 관계는 더 복밀했습니다. 연구는 비료 수준이 높아짐에 따라 짚나방의 피해도 증가한다는 것을 확인했습니다. 곤충들은 잘 자란 풍성한 식물을 선호하는 듯 보였으며, 가장 높은 비료 투여량은 가장 심각한 잎 갉기 피해로 이어졌습니다. 가장 많은 피해를 입은 품종은 CHC204였으며, 이 품종은 심한 섭식으로 인해 너덜너덜하고 찢어진 모습을 보였습니다. 하지만 연구진이 최종 수확량을 조사했을 때 놀라운 반전이 나타났습니다. 심한 곤충 피해에도 불구하고, 가장 많은 비료를 받은 식물들이 여전히 가장 많은 곡물을 생산했습니다. 잎 손상이 가장 적고 성장이 가장 좋았던 CHC202 품종은 헥타르당 4톤에 달하는 가장 높은 신선 옥수수 수확량을 기록했습니다. 이는 현지 농가에서 흔히 볼 수 있는 수확량에 비해 유의미한 개선이었습니다.

과학자들은 무엇이 진정으로 수확을 주도하는지 이해하기 위해 수학을 활용했습니다. 그들은 식물의 건강 상태, 생존한 식물의 수, 곤충 피해 정도를 바탕으로 곡물 생산량을 예측할 수 있는지 확인하기 위해 여러 모델을 구축했습니다. 그들은 단순히 짚나방에 의한 피해를 세는 것만으로는 밭이 얼마나 많은 식량을 생산할지 예측하기에 충분하지 않다는 것을 발견했습니다. 사실, 피해 점수만으로는 최종 수확량에 대해 거의 많은 것을 말해주지 못했습니다. 수확량을 예측하는 가장 좋은 방법은 식물의 활력, 끝까지 살아남은 식물의 수, 그리고 아주 미미한 기여를 하는 곤충 피해를 결합하여 살펴보는 것이었습니다.

본 연구는 옥수수에 더 많은 비료를 주는 것이 더 많은 곤충 공격을 불러오기는 하지만, 적절한 품종을 선택한다면 반드시 수확을 망치는 것은 아니라는 결론을 내립니다. CHC202 품종은 곤충이 존재하는 상황에서도 높은 수확량을 만들어낼 수 있는 회복력 있는 선택임을 입증했습니다. 연구진은 농부들이 식물을 키우는 것이 필연적으로 손실로 이어진다고 두려워하기보다는, 이 특정 품종을 심고 적절한 비료 수준을 사용하는 데 집중해야 한다고 제 제안합니다. 곤충 피해 자체가 수확량 감소의 주요 동인이 아니라는 점을 이해함으로써, 농부들은 지속적인 해충에 맞서 수확을 확보하기 위한 더 나은 결정을 내릴 수 있습니다.