환경생태 자료 분석을 위한 시계열 분 석 방법 연구

모형호,조기종,신기일 한국환경생물학회 2016 환경생물 : 환경생물학회지 Vol.34 No.4

Much of the data used in the analysis of environmental ecological data is being obtained over time. If the number of time points is small, the data will not be given enough information, so repeated measurements or multiple survey points data should be used to perform a comprehensive analysis. The method used for that case is longitudinal data analysis or mixed model analysis. However, if the amount of information is sufficient due to the large number of time points, repetitive data are not needed and these data are analyzed using time series analysis technique. In particular, with a large number of data points in the current situation, when we want to predict how each variable affects each other, or what trends will be expected in the future, we should analyze the data using time series analysis techniques. In this study, we introduce univariate time series analysis, intervention time series model, transfer function model, and multivariate time series model and review research papers studied in Korea. We also introduce an error correction model, which can be used to analyze environmental ecological data.

Effects of water temperature on development and heavy metal toxicity change in two midge species of Chironomus riparius and C. yoshimatsui in an era of rapid climate change

모형호,유동훈,배연재,조기종 한국곤충학회 2013 Entomological Research Vol.43 No.2

Climate change is the most significant stressor that is anticipated increasingly to affect human and global ecosystems. Arthropods, including insects, are particularly vulnerable to global warming and this group is often used for various ecotoxicological tests. In addition, temperature is one of the most important toxicity‐modifying factors in ecotoxicology. Therefore, temperature dependent toxicological research is required to obtain ecologically relevant conclusions during the current era of rapid climate change. This study shows that two midge species (Chironomus riparius Meigen and C. yoshimatsui Martin et Sublette) exhibit different developmental characteristics and responses to cadmium and lead heavy metals with temperature. The former species is an internationally standardized test species in ecotoxicological studies, whereas the latter species is native to Korea. Hence, even though these two species belong to the same genus, Chironomus, their development differs with temperature, which leads to different responses to heavy metals. There was a decline in developmental time (from egg and larva to pupa) for both species with temperature; however, there was a species difference in the rate of decline. In the acute toxicity test, the 48‐hr LC50 values for cadmium and lead decreased with temperature for both species. In the chronic toxicity test, emergence rates tended to decrease with temperature, except for when C. yoshimatsui was exposed to cadmium.

동양하루살이 알을 이용한 산업폐수 생태독성평가

모형호,손진오,정진호,신기일,조기종 한국환경생물학회 2016 환경생물 : 환경생물학회지 Vol.34 No.3

We developed a new ecotoxicological test method using native test species, eggs of Ephemera orientalis, and five kinds of industrial wastewater were tested to validate the test method. The water samples were collected in Jun 2006 from the following industries: pesticide, metal plating, PCB, leather1, and leather2. Wastewater and effluent were diluted by distilled water, respectively, to prepare various concentrations, 100, 50, 25, 12.5, 6.3, 3.1, and 0%. For the egg bioassay, 20 freshly laid eggs (<24 h old) were exposed to test solutions in a Petri dish (52×12 mm) at 20℃ with photoperiod of 16 h light and 8 h dark for 14 days. The median egg hatching concentrations (EHC50) were estimated using Probit analysis. All EHC50s of wastewater were less than 3.1%, which meant very high ecotoxicity except for the wastewater of PCB industry having 6.1% of EHC50. Among the effluents, the least toxic effluent was from pesticide industry having 58% of EHC50, while the effluent of leather2 was the most toxic having 7.3% of EHC50.

Interactive effect of diet and temperature on instar numbers in Spodoptera litura, with reference to head capsule width and weight

모형호,장근복,박정준,이성은,신기일,이준호,조기종 한국응용곤충학회 2013 Journal of Asia-Pacific Entomology Vol.16 No.4

The effects of diet and temperature on instar numbers and head capsule width in Spodoptera litura F. were compared among individuals reared on an artificial diet, lettuce and perilla leaves at 25 and 30 °C. The number of instars that the insect completed varied as diet and temperature were changed. All the larvae developed through seven instars at 25 °C regardless of diet, but at 30 °C, the number of instars varied depending on the diet. All larvae fed on lettuce leaves had six instars, while larvae fed on the artificial diet passed through seven instars. On perilla, 52% of larval individuals had six instars, and the rest had seven instars. Head capsule width could be used effectively to determine the developmental stage of individual larvae. The frequency distribution of head capsule width showed six or seven distinct peaks, depending on diet and temperature conditions. The relationship betweenmean head capsulewidth andweight of larvae was described using an exponential model.

온도가 농약효과에 미치는 영향분석 및 농약사용량 예측 모의실험

모형호,강주완,조기종,배연재,이미경,박정준 한국환경생물학회 2016 환경생물 : 환경생물학회지 Vol.34 No.1

기후변화에 따른 해충개체군 증감모형은 해충방제를 위 한 초발생예찰과 연속적 해충변동 양상의 파악에 매우 중 요하다. 이러한 예측은 농약사용의 효율성을 높이고, 환경 에 적은 영향을 줄 수 있으므로, 현대 해충방제전략의 화두 로 볼 수 있다. 본 연구는 온도변화에 따른 해충의 농약효과 에 따른 사충률의 변화를 개체군 모형과 결합시켜 모의했다. 감수성 점박이응애를 강낭콩을 기주로 20, 25, 30, 35℃에서 Acrinathrin-Spiromesifen 혼합제와 Azocyclotin 유기주석계 농약에 노출시켰다. 생물검정 결과 점박이응애의 사충률은 온도와 농약의 종류에 따라 유의한 차이가 발생했다. 점박이 응애의 개체군 밀도변동 모의는 DYMEX를 이용했으며, 모 의결과 농약의 종류별로 기후변화에 따른 초기방제 시기와 방제횟수에 차이가 나타날 것으로 예측됐다. 본 연구결과는 미래의 기후변화에 대응한 해충방제 전략과 농약 선발에 있 어 중요한 시사점을 제공할 것으로 사료된다. Pest population density models are very important to monitor the initial occurrence and to understand the continuous fluctuation pattern of pest in pest management. This is one of the major issues in agriculture because these predictions make pesticides more effective and environmental impact of pesticides less. In this study, we combined and predicted the mortality change of pest caused by pesticides with temperature change and population dynamic model. Sensitive strain of two-spotted spider mite (Tetranychus urticae Koch) with kidney bean leaf as host was exposed to mixed acaricide, Acrinathrin-Spiromesifen and organotin acaricide, Azocyclotin, at 20, 25, 30, and 35℃, respectively. There was significant difference in mortality of T. urticae among pesticides and temperatures. We used DYMEX to simulate population density of T. urticae and predicted that the initial management time and number of chemical control would be changed in the future with climate change. There would be implications for strategies for pest management and selection process of pesticide in the future corresponding climate change.

온도가 농약효과에 미치는 영향분석 및 농약사용량 예측 모의실험

모형호 ( Hyoung-ho Mo ),강주완 ( Ju Wan Kang ),조기종 ( Kijong Cho ),배연재 ( Yeon Jae Bae ),이미경 ( Mi-gyung Lee ),박정준 ( Jung-joon Park ) 한국환경생물학회 2016 환경생물 : 환경생물학회지 Vol.34 No.1

기후변화에 따른 해충개체군 증감모형은 해충방제를 위한 초발생예찰과 연속적 해충변동 양상의 파악에 매우 중요하다. 이러한 예측은 농약사용의 효율성을 높이고, 환경에 적은 영향을 줄 수 있으므로, 현대 해충방제전략의 화두로 볼 수 있다. 본 연구는 온도변화에 따른 해충의 농약효과에 따른 사충률의 변화를 개체군 모형과 결합시켜 모의했다. 감수성 점박이응애를 강낭콩을 기주로 20, 25, 30, 35℃에서 Acrinathrin-Spiromesifen 혼합제와 Azocyclotin 유기주석계농약에 노출시켰다. 생물검정 결과 점박이응애의 사충률은 온도와 농약의 종류에 따라 유의한 차이가 발생했다. 점박이 응애의 개체군 밀도변동 모의는 DYMEX를 이용했으며, 모의결과 농약의 종류별로 기후변화에 따른 초기방제 시기와 방제횟수에 차이가 나타날 것으로 예측됐다. 본 연구결과는 미래의 기후변화에 대응한 해충방제 전략과 농약 선발에 있어 중요한 시사점을 제공할 것으로 사료된다. Pest population density models are very important to monitor the initial occurrence and to understand the continuous fluctuation pattern of pest in pest management. This is one of the major issues in agriculture because these predictions make pesticides more effective and environmental impact of pesticides less. In this study, we combined and predicted the mortality change of pest caused by pesticides with temperature change and population dynamic model. Sensitive strain of two-spotted spider mite (Tetranychus urticae Koch) with kidney bean leaf as host was exposed to mixed acaricide, Acrinathrin-Spiromesifen and organotin acaricide, Azocy-clotin, at 20, 25, 30, and 35℃, respectively. There was significant difference in mortality of T. urticae among pesticides and temperatures. We used DYMEX to simulate population density of T. urticae and predicted that the initial management time and number of chemical control would be changed in the future with climate change. There would be implications for strategies for pest management and selection process of pesticide in the future corresponding climate change.

기후변화에 대한 산림병해충 취약성 평가

김문일,이우균,모형호 한국응용곤충학회 2014 한국응용곤충학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.04

병해충의 분포와 발생은 기상조건과 밀접한 관련이 있다. 따라서 기후변화에 전략적으로 대응하기 위해 병해충 분야의 취약성 평가를 실시할 필요가 있다. 본 연구에서는 산림해충의 하나인 꽃매미를 통해 산림병해충 평가를 실시하였다. 꽃매미의 알 폐사율에 직접적으로 영향을 미치는 겨울철 평균기온과 1월 평균 최저기온을 통해 꽃매미 발생확률을 함수화하고, 미래 기후변화 시나리오 중 RCP4.5와 8.5 시나리오를 적용하여 산림병해충 취약성 평가를 실시하였다. 현재는 남부 해안지역과 동해안 지역만 취약성 값이 높았으나, 기후변화의 영향에 따라 강원도 산간지역을 제외한 우리나라 전반에서 취약성 값이 높게 나타났다. 특히 2050년에는 우리나라 전체 산림면적의 약 30.01% (20,688km2)에서 병해충 취약성이 높거나 매우 높은 것으로 나타났다. 이는 기후변화에 따라 평균 기온이 증가하면서 꽃매미 알의 월동확률이 급격히 높아지기 때문이다. 본 연구는 병해충 분야의 기후변화 취약성 평가 기초자료로 활용될 수 있으며, 지역별 병해충 발생과 산림관리 계획 수립을 지원할 수 있을 것으로 사료된다.

조각깔따구(파리목:깔따구과)의 계대사육

백민정,윤태중,황정미,모형호,조기종,배연재 한국응용곤충학회 2008 한국응용곤충학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.10

우리나라의 도시하천에 흔히 서식하는 조각깔따구(Glyptotendipes tokunagai Sasa)를 수서생태계의 새로운 수질지표종 또는 독성실험종으로 개발하기 위해 실온에서 계대사육하였다. 사육을 위해 우화한 성충을 교미・산란실(￠120×H210 mm)로 옮겨주어 교미와 산란을 유도하였으며, 산란된 알집은 항온기(온도 25±0.5℃; 광주기 16L:8D)로 옮겨 유충기간 동안 사육하였다. 우화할 시기가 되면 항온기에서 우화실(W550×L420×H415 mm)에 있는 수조(W300×L220×H220 mm)로 옮겨주어 우화할 수 있는 공간을 넓혀 주었다. 유충의 먹이는 Tetramin® (TetraWerke, Melle, Germany)을 0.2 mm이하로 갈아서 제공하였고, 배양액으로는 하루이상 폭기시킨 1차 증류수를 사용하였다. 배양용기의 바닥에는 멸균된 가는 모래(<0.5 ㎜)를 넣어주었다. 우화한 성충과 알집의 수는 24시간마다 기록하였다. 또한 각 세대별 알집의 수, 알집당 알의 수 및 부화율을 측정하였으며, 우화된 성충은 두폭, 가슴폭, 날개폭, 날개길이 및 체장을 측정하였다. 조각깔따구의 사육결과 2007년 4월부터 2008년 9월까지 11세대 이상의 계대사육이 진행되고 있으며, 이번 발표에서는 2008년 7월까지 진행된 6세대까지의 사육결과를 수집・측정하여 제시하였다. 우화한 성충의 수는 제 3세대에서 성충이 1,634개체로 가장 많이 우화하였고, 이 세대의 성충이 산란한 제 4세대의 알집이 486개로 가장 많았지만, 다음 세대부터 우화한 성충의 개체수와 알집 수는 점점 감소하였다. 우화한 성충의 성비(암컷 개체수/전체 개체수)가 0.24~0.46 범위를 나타냄으로써 암컷보다 수컷의 우화한 개체수가 모든 세대에서 더 많았다. 각 세대에 따른 알은 제 1세대에서 제 6세대로 진행될수록 첫 번째의 알집과 두 번째의 알집 모두 알집당 알의 수가 점점 감소하는 경향을 보였다. 알의 부화율은 세대에 따른 특성과 연관성을 보이지 않았으며, 첫 번째의 알집은 전 세대에서 80% 이상의 높은 부화율을 보였다. 성충의 크기 측정값은 세대가 진행됨에 따라 전반적으로 감소되는 경향을 보였다. 전체적으로 보아 조각깔따구의 사육 조건은 공간의 크기에 민감하며, 11세대가 지나는 시점에서도 비교적 번식력이 양호한 개체군이 유지되고 있다. 본 연구의 결과는 우리나라에서 깔따구류의 야생종을 순화하여 실내 계대사육을 시도한 최장기간(11세대)의 기록이며, 지금까지의 연구결과로 보아 조각깔따구는 수질평가를 위한 독성실험 등 다양한 환경생물학적 연구에 이용될 수 있을 것으로 사료된다.

기후변화에 따른 해충-천적 시스템의 개체군 밀도 변동과 상호작용 강도 변화 모의

이민영,홍진솔,김용은,모형호,조기종 한국응용곤충학회 2016 한국응용곤충학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.04

기후변화로 인한 온도 증가는 농업생태계에서 작물에 대한 해충-천적 시스템의 상호작용을 변화시켜 해충의 발생과 천적의 생물 방제 효과에 영향을 미친다. 고추의 대표적인 해충 복숭아혹진딧물과 목화진딧물, 천적인 칠성무당벌레를 대상으로 각각 기존의 Rosenzweig-Macathur predator-prey모델을 이용하여 244일 동안 평균 온도 상승에 대한 개체군의 밀도 변동을 모의하였다. 기후변화의 온도 영향을 알아보기 위해 모델을 구성하는 각각의 생물 파라미터에 대해 온도 의존 함수가 추가되었고, 수정된 모델의 결과를 바탕으로 dynamic index를 이용하여 상호작용 강도를 산출하였다. 시뮬레이션 결과, 두 시스템 모두 평균온도가 증가함에 따라(+1°C, +3°C) 해충과 천적의 밀도 변동 주기와 해충의 최대 발생 밀도는 감소하고, dynamic index는 증가하였다. 또한, 온도가 5°C 증가할 경우, 목화진딧물-칠성무당벌레 시스템에서는 강한 상호작용 에 의한 포식자 및 피식자의 과도한 밀도 감소의 영향으로 dynamic index가 급격히 상승하는 구간을 보여주었다. 기후변화에 의해 평균 온도가 증가함에 따라 해충의 발생 빈도 증가 및 일부 발생 밀도의 증가가 나타날 수 있지만, 종간 상호작용 증가에 의해 그 영향이 상쇄됨에 따라 생물적 방제 효과는 증대될 것으로 예측된다.

기후 변화 영향 분석을 위한 농생태계 tritrophic dynamic system model

이민영,홍진솔,김용은,모형호,조기종 한국응용곤충학회 2015 한국응용곤충학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.10

기후변화로 인한 환경 요인 변화는 생물 간 상호작용에 영향을 주지만 기후변화 관련 곤충 영향 연구 대부분은 이를 배제한 채 비생물 환경인자와의 관계 분석에 초점을 맞추고 있다. 개체군 동태 또는 종 분포 모델을 중심으로 한 단일 종에 대한 연구가 주를 이루며, 영양단계 간 생물요인의 영향을 고려한 생태계시스템 측면의 연구는 부족하다. 농생태계의 경우 지역적 규모로 기후요인 뿐만아니라 생물요인의 영향을 특히 많이 받는다. 따라서, 기후변화의 영향요인으로 종간 최적 생존 온도 범위 및 온도 반응 차이, 생물 파라미터의 온도에 대한 비선형성으로 인한 생물 시스템 간 연결성 변화 및 이에 따른 멸종이 고려되어야 한다. 이를 위해 작물, 해충, 천적상을 포함하는 tritrophic 수준에서 시스템적 접근을 통해 기후변화에 따른 개체군 및 상호작용 dynamic을 구현할 필요가 있다. 생물요인을 포함하는 모델화 작업에 대한 연구 방향으로는 종의 공간적 분포를 고려하기 위해 작물재배적지 모형을 기반으로 재배적합도에 따른 작물의 미래 분포가능 지역을 결정하며, 작물에 대한 해충과 천적상의 공간적 synchrony를 전제로 농생태계 종 구성 시나리오를 작성한다. 이에 tritrophic dynamic system 모형을 적용하여 기후변화에 따른 생물 간 상호작용 강도 변화에 따른 종 구성 변화 및 시스템 변동을 예측하고, 농생태계 작물별 key trophic chain 및 해충압 변화를 시뮬레이션하여 기후변화의 통합 영향을 분석한다.