제초제

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1. 개요

제초제는 농업 생산성 향상 및 도시 환경 관리를 위해 사용되는 물질로, 잡초를 제거하는 데 사용된다. 초기에는 재배적 방제나 기계적 제초 방법을 사용했지만, 19세기 후반부터 무기 화학 물질이 사용되면서 제초제 사용이 시작되었다. 2,4-D는 최초의 선택성 제초제이며, 글리포세이트는 1980년대 중반에 도입된 비선택성 제초제이다. 제초제는 화학 구조, 작용 방식, 선택성, 작용 기작 등에 따라 분류되며, 사용 분야는 농업, 임업, 원예 등 다양하다. 제초제는 환경 오염, 생태계 파괴, 인체 유해성 등의 문제점을 가지고 있으며, 제초제 저항성 잡초의 확산은 농업에 큰 문제로 작용한다. 제초제 저항성을 관리하기 위해 통합 잡초 관리(IWM)가 사용되며, 고엽제, 파라콰트, 염소산나트륨 등 특정 제초제는 심각한 문제와 관련이 있다.

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제초제
지도 정보
일반 정보
유형	화학 물질
용도	원치 않는 식물 제거
역사
사용 시작 시기	20세기 초
급증 시기	1950년대 이후
분류
작용 방식	호르몬형 제초제 광합성 저해제 아미노산 합성 저해제 지질 합성 저해제 세포막 파괴제
선택성	선택성 제초제 비선택성 제초제
화학 구조	페녹시 화합물 트리아진 아미드 글리포세이트 설포닐우레아
주요 제초제
종류	2,4-D 글리포세이트 아르센산 아트라진 디캄바
경제적 영향
시장 규모	수십억 달러 규모
주요 제조업체	바이엘 코르테바 신젠타 BASF
환경적 영향
토양 오염	토양 및 수질 오염 유발 가능성
수질 오염	수생 생태계에 악영향
생물 다양성 감소	비표적 식물 및 곤충에 영향
잔류성	토양 및 수계에서 잔류 가능성
환경 오염 물질	농작물 재배지 북부 숲 지역
인간 건강에 미치는 영향
독성	급성 및 만성 독성 영향
노출 경로	피부 접촉, 흡입, 섭취
잠재적 건강 문제	암 유발 가능성 논란
인체 유해성	피부 자극 알레르기 반응 신경계 손상 생식 기능 장애 암
안전성 논란	글리포세이트의 안전성에 대한 논쟁
규제 및 관리
정부 규제	각국 정부의 엄격한 규제 적용
사용 제한	특정 제초제에 대한 사용 제한 및 금지
안전 기준	안전한 사용을 위한 규정 및 지침
제초제 사용 분야
농업	농작물 생산
임업	숲 관리
원예	정원 관리
산업 현장	도로, 철도, 공원, 공업 지대
가정용	가정용 제초제 사용
제초제 대체 방법
생물학적 방제	천적 활용
기계적 방제	수작업 제초, 경운
물리적 방제	멀칭, 화염 방사
종합적 해충 관리	여러 방법 조합

2. 역사

제초제는 농업 생산성 향상과 도시 환경 관리를 위해 오랫동안 사용되어 왔다. 제초제가 널리 사용되기 전에는 토양 pH, 염도, 비옥도 등을 조절하는 재배적 방제나 기계적 방제 방법이 잡초 방제에 사용되었다.^[7] 19세기 후반과 20세기 초에는 황산, 비소, 구리염, 등유, 염소산나트륨과 같은 무기 화학 물질이 잡초 방제에 사용되었지만, 독성이 있거나 가연성이거나 부식성이 있었고, 비용이 많이 들고 효과적이지 않았다.^[8]^[9]

최초로 널리 사용된 제초제는 2,4-디클로로페녹시아세트산(2,4-D)이다. 제조가 간편하고 쌍떡잎식물은 고사시키지만 벼과 식물에는 영향을 미치지 않아 현재까지도 사용된다.

1970년대에는 아트라진이 도입되었지만, 유럽 등에서 지하수를 오염시킨다는 의혹을 받고 있다. 글리포세이트(상품명: 라운드업)는 1980년대 중반에 도입된 비선택성 제초제로, 유전자 조작을 통해 약제 저항성을 가진 작물이 개발되면서 주요 제초제가 되었다.

2015년 국제암연구소는 글리포세이트를 그룹 2A(인간에게 발암성이 있을 가능성이 있음)로 지정했다.^[85]^[86] 2018년 8월 미국에서 암 관련 소송에서 몬산토에 2.89억달러(약 3200억엔)의 손해배상금 지불을 명령했다.^[87]

현재 농업용 제초제는 살포 후 단시간에 분해되도록 제조된다.

2. 1. 초기 제초제

토양 산도, 염도, 비옥도 등을 조절하는 재배적 방제나 기계적 방제 방법이 제초제 사용 이전에 널리 쓰였다.^[92] 19세기 후반에서 20세기 초에는 황산, 비소, 구리염, 석유, 염소산나트륨 등의 무기 화학 물질이 사용되었으나, 인체에 독성이 있거나 가연성, 부식성이 있었고, 가격이 비싸고 효율이 낮았다.^[93]^[94]

2,4-D는 최초의 선택성 제초제로, 제2차 세계 대전 중에 발견되었다.

제2차 세계대전 중, 영국과 미국은 제초제의 전쟁 사용 가능성을 연구했다.^[95] 임페리얼 케미컬 인더스트리즈(Imperial Chemical Industries)의 W. G. 템플먼(W. G. Templeman)은 인돌-3-아세트산(Indole-3-acetic acid)과 1-나프탈렌아세트산(1-Naphthaleneacetic acid) 연구를 통해 '적절히 적용된 생장 물질이 곡물에서 특정 활엽잡초를 죽이지만 작물에는 해를 끼치지 않는다'는 것을 발견했다.^[96]^[97] 그러나 이 물질들은 미생물(Microorganism)에 의해 분해되어 비싸고 토양에서 수명이 짧았다. 1941년, 그의 팀은 2,4-D를 포함하여 더 저렴하고 효과적인 화합물을 합성했다.^[98] 같은 해 미국의 R. 포코르니(R. Pokorny)도 같은 성과를 냈다.^[99] 로섬스테드 실험장의 주다 히르쉬 콰스텔(Juda Hirsch Quastel) 팀도 농업연구위원회(ARC)의 지원을 받아 작물 수확량 개선 연구 중 같은 발견을 했다. 이들의 연구는 비밀로 유지되었지만, 2,4-D는 전쟁 후 상업화되었다.^[100]

1946년, 2,4-D가 상업적으로 출시되면서 농업 혁명을 일으켰다. 2,4-D는 밀(wheat), 옥수수(maize), 벼(rice) 등 곡물(cereal) 벼 작물에서 활엽식물(쌍자엽식물)은 죽이지만 대부분의 벼과식물(외떡잎식물)은 죽이지 않아 잡초 방제에 효과적이었다. 또한 저렴하여 현재까지도 널리 사용된다.^[101]

2. 2. 2,4-D의 개발과 영향

제2차 세계 대전 중, 영국과 미국은 독자적으로 제초제 연구를 진행했다.^[10] 임페리얼 케미컬 인더스트리즈(Imperial Chemical Industries)의 W. G. 템플먼(W. G. Templeman)은 1940년에 인돌-3-아세트산(Indole-3-acetic acid)과 1-나프탈렌아세트산(1-Naphthaleneacetic acid)을 이용, "생장 물질이 곡물에서 특정 활엽잡초를 죽이지만 작물에는 해를 끼치지 않는다"는 사실을 발견했다.^[11]^[12] 그러나 이 물질들은 미생물에 의해 분해되어 비싸고 토양에서 수명이 짧아 실용적이지 못했다. 1941년, 템플먼 팀은 2,4-D를 포함한 여러 화합물을 합성하여 더 낮은 비용과 더 나은 효능으로 같은 효과를 달성했다.^[13] 같은 해, 미국의 R. 포코르니(R. Pokorny)도 같은 성과를 냈다.^[14] 로섬스테드 실험장의 주다 히르쉬 콰스텔(Juda Hirsch Quastel) 팀도 독자적으로 같은 발견을 했다. 콰스텔은 농업연구위원회(ARC)의 지원을 받아 작물 수확량 개선 방법을 연구하며, 토양을 역동적인 시스템으로 분석하여 관류(perfusion) 기술을 적용, 식물 호르몬과 억제제가 토양 미생물 활동과 식물 성장에 미치는 영향을 평가했다. 이 연구 결과는 비밀로 유지되었으나, 2,4-D는 전쟁 후 상업용으로 개발되었다.^[15]

1946년, 2,4-D는 상업적으로 출시되어 농업 생산량에 큰 혁명을 일으킨 최초의 성공적인 선택성 제초제가 되었다. 2,4-D는 활엽식물(쌍자엽식물)은 죽이지만 대부분의 벼과식물(외떡잎식물)은 죽이지 않아 밀(wheat), 옥수수(maize), 벼(rice) 등 벼과 작물의 잡초 방제에 효과적이었다. 저렴한 가격 덕분에 2,4-D는 현재까지도 널리 사용되는 제초제 중 하나이다.^[16] 현재는 주로 아민염(주로 트리메틸아민(trimethylamine))이나 에스터 형태로 사용된다.

2. 3. 추가적인 제초제 개발

트리아진계 제초제는 아트라진을 포함하며 1950년대에 도입되었다.^[17] 그러나 지하수 오염과 관련하여 가장 우려되는 제초제 계열로, 아트라진은 중성 이상의 pH를 가진 토양에 살포된 후 몇 주 이내에 쉽게 분해되지 않는다. 알칼리성 토양 조건에서는 강우 후 토양수에 의해 아트라진이 토양층을 따라 지하수면까지 이동하여 오염을 일으킬 수 있다. 이러한 이유로 아트라진은 "잔류성"을 가지는, 제초제로서 일반적으로 바람직하지 않은 특성을 지닌다고 평가받는다. 유럽 등에서는 지하수를 오염시키고 있다는 의혹을 받고 있다.

글리포세이트(상품명: 라운드업)는 1950년대에 처음으로 제조되었지만, 그 제초 활성은 1960년대에야 인식되었다.^[17] 1971년에는 라운드업(Roundup)이라는 이름으로 판매되었으며, 유전자 조작을 통해 약제 저항성을 가진 작물이 개발되면서 잡초 방제용 주요 제초제로 자리 잡았다. 제초제와 저항성 작물 종자(유전자변형작물)가 함께 판매되면서 1990년대 후반 종자 및 화학 산업의 통합에 기여했다.

2015년에는 국제암연구소가 글리포세이트를 그룹 2A(인간에게 발암성이 있을 가능성이 있음)로 지정했다.^[85]^[86] 이는 그룹 1 다음으로 두 번째로 발암 위험이 높은 등급이다. 2018년 8월에는 미국에서 암에 걸렸다며 몬산토를 상대로 소송을 제기한 재판에서 몬산토에게 2.89억달러(약 3200억엔)의 손해배상금 지불을 명령했다.^[87]

현재의 농업용 제초제는 살포 후 단시간에 분해되도록 제조되고 있다. 이는 현재 목표로 하는 작물 다음에 재배하는 작물에 대한 영향을 줄이기 위함이다.

3. 제초제의 종류 및 분류

제2차 세계 대전 중 2,4-D라는 최초의 제초제가 발견되었다.^[95] 1940년 인돌아세트산과 나프탈렌아세트산과 함께 W. G. 템플먼은 ‘적절히 적용된 생장물질이 작물에 해가 되는 것 없이 곡물 중의 특정 광엽 잡초를 적절히 죽인다는 점‘을 발견했다.^[96]^[97] 1941년 즈음 템플먼 팀과 미국의 R. 포커니는 더욱 저렴한 값과 더 나은 효율로 같은 효과를 달성하도록 2,4-D 등 광범위한 종류의 화합물을 합성하는데 성공했다.^[98]^[99]

2,4-D는 1946년에 상업 출시가 되면서 농업 생산량에서 전지구적 혁명을 촉발한, 최초로 성공한 선택성 제초제가 되었다. 이는 밀, 옥수수, 수수, 벼 등 벼과 및 수수과 작물에 대한 잡초 방제를 크게 강화시켰는데, 그 이유는 쌍떡잎식물(광엽식물) 뿐만 아니라 외떡잎식물(풀)도 제초하기 때문이다. 2,4-D는 값싼 가격 덕분에 오늘날까지도 계속 사용되고 있으며, 세계에서 가장 많이 사용하는 제초제 중 하나이다.^[101]

오늘날 쓰이는 제초제는 다음과 같다.

2,4-D(이사디)
아미노피랄리드
아트라진
클로피랄리드
디캄바
염소산나트륨

제초제는 작용 방식, 작용 기작, 제초 선택성, 화학적 구조, 제제별 등으로 분류된다.

3. 1. 작용 방식에 따른 분류

제초제는 작용 방식에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.

; 접촉형

: 접촉형 제초제는 식물체와 접촉한 부분에만 작용한다. 살포 후 가장 빠르게 효과가 나타나는 제초제이지만, 뿌리까지는 죽이지 못하므로 다년생 식물의 경우 뿌리에서 다시 자라나는 식물에는 효과가 적다. 하지만 뿌리가 남아있기 때문에 경사면이나 둑을 보전하는 데는 도움이 된다.^[18]

; 흡수이행형(전초형)

: 흡수이행형 제초제는 잎에 뿌려진 후 식물체 전체로 흡수되어 이동한다. 뿌리까지 죽이므로 접촉형 제초제보다 더 많은 식물을 제거할 수 있지만, 완전히 죽기까지는 시간이 걸린다.^[18]

; 토양처리형

: 토양처리형 제초제는 토양에 뿌려져 식물의 뿌리를 통해 흡수되거나, 잡초 씨앗의 발아와 성장을 방해한다. 효과가 나타나기까지 시간이 걸린다.^[18]

3. 2. 작용 기작에 따른 분류 (HRAC 분류)

CropLife International (CLI^영어 (세계농약산업협회), 한국작물보호협회가 소속된 단체의 대책위원회가 정리한 Herbicide Resistance Action Committee (HRAC^영어 (제초제 저항성 대책 위원회) 분류^[88]에 준거하여 제초제를 분류한다. 작용 기전에 따른 분류는 식물에 적용 후 처음으로 영향을 미치는 효소, 단백질 또는 생합성 경로에 따른다. 주요 작용 기전은 다음과 같다.

ACC 아제(아세틸CoA 카르복실라제, ACCase, EC 6.4.1.2) 저해제【HRAC 분류 A】

: ACC 아제(아세틸 보효소 A 카르복실라제) 저해제는 주로 벼과 잡초를 방제하며, 광엽잡초에는 영향이 없다. ACC 아제는 지질 합성의 첫 단계에 관여하며, 그 저해제는 막 합성을 저해한다. 시클로헥산디온계(DIMs), 알릴옥시페녹시프로피온산계(FOPs) 등이 있다.

ALS(아세토젖산 합성효소, ALS, EC 2.2.1.6) 저해제【HRAC 분류 B】

: ALS(아세토젖산 합성효소)는 아미노산(발린, 루이신, 이소루이신) 합성의 첫 단계에 관여한다. 아세토하이드록시산 합성효소(AHAS) 저해라고도 한다. 아미노산 합성 저해제이며, 벼과와 광엽 모두에 효과가 있다. 설포닐우레아계가 대표적이다.

광합성 저해(광화학계 II 저해제)【HRAC 분류 C】

: 광화학계 II 저해제는 광합성에서 물에서 NADPH₂⁺로의 전자 흐름을 저해한다. D2 단백질의 Qb 부위에 결합하여 플라스토퀴논의 결합을 방해한다. 따라서 이러한 제제는 클로로필에 전자를 축적시켜 과잉 산화를 일으켜 식물을 고사시킨다. 트리아진계, 페닐카바메이트계 등의 【C1】, 우레아(요소)계, 아미드의 【C2】, 니트릴계, 페닐피리다진계 등의 【C3】가 있다.

광합성 저해(과산화물 생성)【HRAC 분류 D】

: 광합성의 전자 전달계에 관여하며, 생성된 과산화물(활성산소)이 세포를 급격히 파괴하여 식물을 고사시킨다. 비피리디늄계(파라콰트, 디콰트)가 있다.

PPO(프로토포르피리노겐 산화효소, EC 1.3.3.4) 저해제【HRAC 분류 E】

: PPO(프로토포르피리노겐 옥시다제)는 클로로필의 생합성에 관여하는 효소로, 프로토포르피리노겐 IX를 프로토포르피린으로 산화시킨다. 이 효소가 저해되면 프로토포르피리노겐 IX가 축적되어 세포질로 누출된 후, 세포질 내에서 프로토포르피린으로 산화되고, 빛을 받은 프로토포르피린이 광증감 반응에 의해 활성 산소를 생성한다. 디페닐에테르계, 트리아졸리논 등이 있다.

PDS(피토엔 불포화효소계, EC 1.14.99.-) 저해제【HRAC 분류 F1】

: PD(피토엔 데사추라제)는 카로티노이드의 생합성에서 피토엔을 불포화시키는 효소이다. 저해되면 식물은 카로티노이드를 합성할 수 없게 되어 엽록소의 분해를 수반하여 백화 증상을 나타내고 죽게 된다. 피리다지논, 피리딘카복사미드 등이 있다.

4-HPPD(4-하이드록시페닐피루브산 디옥시게나제 효소, EC 1.13.11.27) 저해제【HRAC 분류 F2】

: HPPD(4-하이드록시페닐피루브산 디옥시게나제)는 상기 PD가 작용하는 데 보조효소로 필요한 플라스토퀴논의 생합성에 관여하는 효소이다. 저해되면 플라스토퀴논의 부족으로 PD가 작용하지 않게 되므로, PD 저해제와 마찬가지로 식물이 백화하여 죽게 된다. 벤조일시클로헥산디온계 등이 있다.

카로티노이드 생합성(표적 부위 불명) 저해제【HRAC 분류 F3】

: F1, F2와는 다른 표적 부위를 저해함으로써 백화하여 죽게 된다. 트리아졸, 우레아, 디페닐에테르 등.

EPSPS(5-에놀피루빌시키미산-3-인산 합성효소, EC 2.5.1.19) 저해제【HRAC 분류 G】

: EPSPS 저해제는 아미노산(트립토판, 페닐알라닌, 티로신)의 합성을 저해한다(시키미산 경로 참조). 아미노산 합성 저해제(아미노산계)로, 흡수 이행형이며 벼과와 광엽 모두에 효과가 있다. 글리신계의 글리포세이트(라운드업)가 대표적이다. 글루포시네이트 내성 유전자변형작물은 라운드업 레디(대두, 옥수수, 유채, 목화, 사탕무 등)이다.

글루타민 합성효소(글루타민 신타제, EC.6.3.1.2) 저해제【HRAC 분류 H】

: 아미노산의 글루타민 합성을 저해한다. 아미노산 합성 저해제(아미노산계)이며, 포스핀산계의 글루포시네이트 등이 있다. 글루포시네이트 내성 유전자변형 품종은 리버티링크(유채, 옥수수, 목화, 대두 등)이다.

DHP(디하이드로프테로인산) 합성효소 저해【HRAC 분류 I】

: 디하이드로프테로인산 신타제는 엽산 합성의 중간체로 중요한 디하이드로프테로인산의 합성을 저해한다. 디하이드로엽산 참조. 카바메이트계의 아슐람 등.

미세소관 중합 저해【HRAC 분류 K1】

: 미세소관을 구성하는 튜불린에 직접 작용하여 그 중합을 저해함으로써 세포의 유사분열을 저해하고, 정상적인 세포 분열을 저해하여 일년생 잡초 방제에 효과를 발휘한다. 토양 처리제로 사용된다. 디니트로아닐린계(트리플루랄린, 오리잘린, 펜디메탈린 등), 유기 인계(아미프로포스메틸) 등이 있다.

유사분열/미세소관 형성 저해【HRAC 분류 K2】

: 튜불린에 직접 작용하지 않지만, 미세소관의 형성을 방해함으로써 일년생 잡초 방제에 효과를 발휘한다. 토양 처리제로 사용된다. 카바메이트계(클로로프로팜) 등이 있다.

VLCFA의 저해(세포 분열 저해)【HRAC 분류 K3】

: 지방산이 -엘론가제에 의해 장쇄화되는 작용을 저해하여, 탄소수 20 이상의 VLCFAs(Very long-chain fatty acids, 초장쇄 지방산) 합성을 저해한다. 클로로아세토아미드계(알라클로르, 테닐클로르) 등이 있다. 단백질 합성 저해제(α아밀라아제의 활성을 저해)라고도 한다.

세포벽(셀룰로스) 합성 저해【HRAC 분류 L】

: 식물 세포벽의 주요 구성 성분인 셀룰로스의 생합성을 저해함으로써 토양 처리제로서 제초 효과를 발휘한다. 일년생 잡초의 뿌리와 어린 부분의 생육을 억제하고, 비선택적으로 식물을 뿌리부터 고사시킨다. 자라고 있는 잡초뿐만 아니라 발아도 저해하므로 장기간(6개월~1년 가까이) 풀이 자라지 않는다. 비농경지용이다. 아진디아민계(트리아지플람), 니트릴계(디클로베닐(DBN), 클로르티아미드(DCBN)) 등이 있다.

해리(막 파괴)【HRAC 분류 M】

: 디니트로페놀계의 DNOC, DNBP(디노세브), 디노테르브 등이 있으며, 국내에서는 사용되지 않는다.

지질 합성 저해(비-ACCase 저해)【HRAC 분류 N】

: 티오카바메이트계, 클로로탄산 등이 있다. 티오카바메이트계 제초제는 토양 처리제로 주로 일년생 벼과 잡초에 대해 더욱 제초 효과를 발휘한다. VLCFA의 저해에 의해 효과를 발휘하므로, 그쪽으로 분류되는 경우도 있다.

인돌 아세트산 유사 활성(합성 옥신)【HRAC 분류 O】

: 2,4-D 등의 합성 옥신제는 식물 호르몬의 옥신 유사 작용을 이용하여 식물 호르몬 작용을 교란하는 것으로, 광엽 식물에 대해 작용이 강하다. 페녹시카르복실산계(MCP, 2,4-PA(2,4-D) 등)가 있다.

옥신 이동 저해【HRAC 분류 P】

: 옥신 전류 저해제라고도 한다. 새로운 저해 형태의 옥수수형 제초제이며, 국내에서는 사용되지 않는다. 프탈레이트계의 납탈람(NPA), 세니카바존계의 디플루펜조필-나트륨염 등이 있다.

불명【HRAC 분류 Z】

: 제초제의 작용 부위는 불명이지만, 상기 분류와는 다르다는 것이 추측되는 그룹이다. 유기비소(DSMA, MSMA), 옥사디논계(옥사디클로메폰) 등이 있다.

3. 3. 선택성에 따른 분류

2,4-D는 1946년에 상업적으로 출시되어 최초로 성공적인 선택성 제초제가 되었고, 전 세계적인 농업 생산 혁명을 일으켰다. 밀(wheat), 옥수수(maize), 벼(rice) 및 유사한 곡물(cereal) 벼 작물에서 잡초 방제를 크게 향상시켰는데, 이는 2,4-D가 활엽식물(쌍자엽식물)은 죽이지만 대부분의 벼과식물(외떡잎식물)은 죽이지 않기 때문이다.^[16] 2,4-D는 저렴한 비용으로 인해 오늘날까지도 계속 사용되고 있으며, 세계에서 가장 일반적으로 사용되는 제초제 중 하나이다.^[16]

글리포세이트 저항성 작물의 개발로 인해 현재는 작물 재배 시 선택적 제초제로 매우 광범위하게 사용되고 있다.

화학적 첨가제는 선택성에 영향을 준다. 계면활성제(Surfactant)는 살포액의 물리적 특성과 제초제의 전반적인 식물독성을 변화시켜 이행을 증가시킨다.^[18] 제초제 안전제(Herbicide safener)는 작물의 제초제 저항성을 높여 선택성을 향상시키지만, 잡초에는 피해를 준다.

기후 요인은 습도(humidity), 빛, 강수량, 온도를 포함하여 흡수에 영향을 미친다. 잎에 적용되는 제초제는 높은 습도에서 살포액 방울의 건조 시간을 길게 하고 큐티클 수분을 증가시켜 잎으로 더 쉽게 침투한다. 고강도의 빛은 일부 제초제를 분해하고 잎 큐티클을 두껍게 만들어 흡수를 방해할 수 있다. 강수량은 일부 잎에 적용되는 제초제를 씻어낼 수 있지만, 토양에 적용되는 제초제의 뿌리 흡수는 증가시킨다. 가뭄 스트레스를 받은 식물은 제초제를 이행할 가능성이 적다. 온도가 높아짐에 따라 제초제의 성능이 저하될 수 있다. 매우 추운 날씨에는 흡수와 이행이 감소할 수 있다.

비선택성 제초제는 산업 시설, 폐기물 부지, 철도 및 철도 제방을 정리하는 데 사용된다. 파라쿼트, 글루포시네이트, 그리고 글리포세이트는 비선택성 제초제이다.^[18]

'''선택성 제초제''': 특정 식물에만 효과가 있고, 다른 식물에는 효과가 없는 제초제. (예를 들어, 넓은잎 잡초에는 효과가 있지만, 벼과 잡초에는 효과가 없는 것(벼농사나 잔디밭에 유리함) 등)
'''비선택성 제초제''': 대부분의 제초제가 여기에 분류된다.

3. 4. 한국의 농약관리법에 따른 분류

한국에서 제초제는 농약관리법에 따라 다음과 같이 분류된다.^[18]

구분	사용 가능 장소	비고	관련 법규 및 처벌
제초제 (농림수산성 등록 제품)	경작지, 비경작지	농약
비경작지 전용 제초제 (농림수산성 등록 제품)	비경작지	농약
비경작지 전용 제초제 (농림수산성 미등록 제품)	비경작지	농약 아님	경작지 사용 시 「농약관리법」 위반

참고:

비경작지: 주택지, 운동장, 주차장, 도로, 철도, 묘지 등 경작지가 아닌 곳을 의미한다.

4. 제초제의 사용

제초제는 주로 지상 장비를 사용하여 물 기반 스프레이 형태로 살포된다. 지상 장비는 약 18.29m에서 약 36.58m 길이의 붐에 약 50.80cm에서 약 76.20cm 간격으로 분무 노즐이 장착된 자주식 분무기를 이용하여 넓은 지역에 살포할 수 있다. 견인식, 휴대용, 심지어 말이 끄는 분무기도 사용된다. 넓은 지역에서는 헬리콥터나 비행기를 이용한 항공 살포 또는 관개 시스템 (케미게이션)을 통해 제초제를 살포하기도 한다.

잡초 제거기를 이용하여 제초제를 적신 심지를 붐에 매달아 키가 큰 잡초의 꼭대기를 따라 끌거나 굴려, 아래의 초원 잔디밭에 있는 키가 작은 식물에 영향을 미치지 않고 키가 큰 초원 잡초를 직접 접촉하여 처리할 수 있다. 이 방법은 살포 표류를 피할 수 있다는 장점이 있다. 웨일스에서는 2015년 수로 내 MCPA 수치를 줄이기 위한 노력으로 무료 잡초 제거기 대여 프로그램이 시작되었다.^[34]

조림 초기에는 성장하는 나무와 일년생 작물의 높이가 비슷하여 잡초 경쟁과 관련된 문제가 발생한다. 그러나 일년생 작물과 달리 그 이후에는 살포가 대부분 불필요하며, 목재 작물의 생산적인 경제적 순환 사이의 지연을 줄이는 데 주로 사용된다.^[56]

현재 판매되는 제초제는 종류와 제제 방법이 다양하므로, 제품 설명서를 잘 읽고 사용하는 것이 중요하다. 부적절하게 취급하면 제초 효과가 나타나지 않거나, 홈센터 등에서 신분증 제시 없이 판매되는 제품이라도 부주의하게 다루면 건강 이상을 일으킬 수 있다. 증상이 바로 나타나지 않는 경우도 있으므로 인과관계를 간과하는 경우가 많다. 몸을 충분히 보호할 수 있는 의복과 고무 장갑을 착용하고 제초 작업을 해야 하며, 사용 후 손을 씻거나 양치질을 하라는 주의사항이 기재된 제품도 있다.

4. 1. 사용 분야

제초제는 잔디밭 관리, 도로나 철로, 주차장 등 생활 공간의 잡초 제거 외에도 해충을 없애기 위해 농업에 널리 사용된다. 잡초를 방치하면 생산 작물에 병해충이 발생하기 때문이다. 임업, 목초지, 그리고 야생 생물 서식지 보호(예: 갈라파고스 제도)에도 사용된다.^[1]

4. 2. 살포 방법

대부분의 제초제는 물에 희석하여 스프레이 형태로 지상 장비를 통해 살포된다. 넓은 지역에는 헬리콥터나 비행기를 이용한 항공 살포, 또는 관개 시스템을 이용한 살포(케미게이션)를 하기도 한다.^[34] 길이의 붐에 간격으로 분무 노즐이 장착된 자주식 분무기를 사용하여 넓은 지역에 살포할 수 있다. 견인식, 휴대용 분무기도 사용된다.^[34]

잡초 제거기를 사용하여 키가 큰 잡초에만 선택적으로 제초제를 적용하는 방법도 있다. 제초제를 적신 심지를 붐에 매달아 키가 큰 잡초의 꼭대기를 따라 끌거나 굴리는 방식으로, 아래의 초원 잔디밭에 있는 키가 작은 식물에는 영향을 주지 않고 키가 큰 초원 잡초만 제거할 수 있다.^[34]

제초제는 종류와 제제 방법이 다양하므로, 제품 설명서를 잘 읽고 사용하는 것이 중요하다. 부적절하게 사용하면 효과가 없거나, 건강 이상을 초래할 수 있으므로 주의해야 한다.^[56]

5. 제초제의 문제점

2,4-디클로로페녹시아세트산(2,4-D)는 제2차 세계 대전 직후부터 널리 사용된 최초의 제초제 중 하나이다. 제조가 쉽고, 벼과 식물에는 영향을 주지 않으면서 넓은 잎(쌍떡잎식물) 식물을 죽이는 효과가 있어 현재도 사용된다. 그러나 2,4-D는 선택성이 높지 않아 대상이 아닌 식물에도 피해를 줄 수 있으며, 일부 넓은 잎 잡초나 덩굴식물, 사초류에는 효과가 떨어진다.

1970년대에 도입된 아트라진은 유럽 등에서 지하수를 오염시킨다는 의혹을 받고 있다. 아트라진은 분해되는 데 수 주일이 걸리고, 비가 오면 땅속 깊숙이 침투할 수 있어 제초제로서 바람직하지 않은 성질을 가진다.

글리포세이트(라운드업)는 1980년대 중반에 도입된 비선택성 제초제로, 접촉하는 모든 식물을 죽인다. 현재는 유전자 조작을 통해 글리포세이트에 약제 저항성을 가진 작물이 개발되어, 잡초 방제용 주요 제초제가 되었고, 제초제와 저항성 작물 종자가 함께 판매되고 있다.

그러나 2015년 국제암연구소는 글리포세이트를 그룹 2A(인간에게 발암성이 있을 가능성이 있음)로 지정했다.^[85]^[86] 2018년 8월에는 미국에서 암에 걸렸다며 몬산토를 상대로 소송한 재판에서 2.89억달러의 손해배상금을 지불하라는 명령이 내려졌다.^[87]

현재 사용되는 농업용 제초제는 살포 후 짧은 시간 안에 분해되도록 만들어진다. 이는 다음에 재배할 작물에 대한 영향을 줄이기 위한 것이다.

5. 1. 환경 오염

제초제 사용은 일반적으로 환경의 여러 측면에 부정적인 영향을 미친다. 곤충, 비표적 식물, 동물 및 수생 시스템은 제초제로 인해 심각한 피해를 입을 수 있으며, 그 영향은 매우 다양하다.^[89]

제초제의 휘산이나 살포 중 발생하는 표류는 특히 바람이 부는 조건에서 인접한 밭이나 식물에 제초제가 영향을 미치게 할 수 있다. 때로는 실수로 잘못된 밭이나 식물에 살포될 수도 있다.

트리아진계 제초제는 아트라진을 포함하며 1950년대에 도입되었다. 현재는 지하수 오염과 관련하여 가장 우려되는 제초제 계열이다. 아트라진은 중성 이상의 pH를 가진 토양에 살포된 후 몇 주 이내에 쉽게 분해되지 않는다. 알칼리성 토양 조건에서는 강우 후 토양수에 의해 아트라진이 토양층을 따라 지하수면까지 이동하여 앞서 언급한 오염을 일으킬 수 있다. 따라서 아트라진은 제초제로서는 일반적으로 바람직하지 않은 특성인 "잔류성"을 갖는다고 한다.

2,4,5-트리클로로페녹시초산(2,4,5-T)는 1970년대에 널리 사용된 광엽 제초제이다. 2,4,5-T 자체의 독성은 그다지 강하지 않지만, 2,4,5-T 제조 과정에서 불순물로 미량의 2,3,7,8-테트라클로로디벤조-p-다이옥신(TCDD), 즉 다이옥신류의 일종이 생성되므로 문제가 되었다. TCDD는 매우 강한 독성을 지닌다. 2,4,5-T는 미국에서는 1983년에 사용이 금지되었다.

일본에서는 기형성 등의 의심으로 1975년에 사용이 금지되었다. 국유림의 조림 시 사용을 임야청이 1971년에 중단했지만, 제조업체에 반환된 것은 잔량의 6할 남짓에 불과했고, 26톤은 17개 도현의 50개 시정촌(현재는 42개 시정촌)의 국유림에 매립되었다. 시멘트와 흙에 섞는다는 방법 자체가 토양오염 방지에 불충분하다는 지적이 있는 외에도, 시멘트와 섞지 않고 처리한 지방 기관도 있어, 호우나 지진에 따른 비산이 우려되고 있다.^[89]

오렌지 에이전트는 베트남 전쟁에서 활발하게 사용되었다. 이것은 2,4,5-T와 2,4-D의 혼합제이지만, 일반적인 2,4,5-T제보다 더 많은 TCDD를 포함하고 있어, 실제로 베트남에서 건강 피해의 원인이 되었다는 지적이 제기되어 문제가 되었다.

일본에서도 과거 제초제 2,4-D와 클로르니트로펜 등에 미량의 다이옥신류가 포함되어 있었던 것이 밝혀져 문제가 되었지만, 현재 등록된 농약에는 다이옥신류가 전혀 포함되어 있지 않다.

또한, 일본에서 1970년대까지 판매되었던 고순도(98% 정도)의 염소산나트륨을 유효 성분으로 하는 제초제는 폭약으로 전용될 수 있으며, 극좌 테러 집단에 의한 폭탄 테러(연속기업폭파사건)에 사용되었기 때문에, 탄산나트륨 등을 혼합하여 염소산나트륨의 배합을 낮추고(50% 정도), 판매 관리를 기록하는 법적 관리가 강화되었다.

흡수이행형 비선택성 제초제 파라쿼트(Paraquat)는 작물 재배 전 모든 식물을 고사시키기 위해 사용된다. 이는 활성산소 발생을 통해 작용하지만, 동물과 인간에게도 독성이 강하다. 제초제 중 가장 급성독성이 강한 것으로, 때때로 자살에 사용되어(단, 해독제가 존재하지 않고 즉시 사망하지 않으며, 매우 비참한 증상을 나타내므로) 문제가 된다.

1930년대 뉴질랜드에서 제초제로 사용된 염소산나트륨이 양모나 면에 부착되어, Exploding trousers|폭발 바지^영어가 되는 문제가 발생했다.^[90]

5. 2. 생태계 파괴

제초제 사용은 일반적으로 환경 여러 측면에 부정적인 영향을 미친다.^[54] 곤충, 비표적 식물, 동물 및 수생 생태계는 제초제로 인해 심각한 피해를 입으며, 그 영향은 매우 다양하다.

조류 개체 수는 제초제 피해의 여러 지표 중 하나이다. 관찰된 대부분의 영향은 제초제의 독성 때문이 아니라,^[55] 서식지 변화와 조류가 먹이 또는 은신처로 삼는 식물들의 개체 수 감소 때문이다. 임업에서 특정 유형의 식물 성장을 촉진하기 위해 제초제를 사용하면 벌채 후 조류 개체 수가 크게 감소할 수 있다. 조류에 대한 독성이 낮은 제초제를 사용하더라도 조류가 의존하는 많은 종류의 식물이 줄어든다.^[56] 영국의 농업에서 제초제 사용은 제초제에 의해 제거된 잡초 씨앗을 먹는 조류 종의 감소와 관련이 있다.^[57] 신열대 농업 지역에서 제초제를 과도하게 사용하면 겨울 철새가 해당 농경지를 이용하는 것을 제한하는 여러 요인 중 하나가 된다.^[58]

5. 3. 인체 유해성

제초제는 급성 독성뿐만 아니라 만성적인 노출을 통해서도 인체에 다양한 건강 문제를 일으킬 수 있다. 일부 제초제는 발암성, 생식 독성, 신경 독성 등과 관련이 있는 것으로 알려져 있다.^[44] 특히, 2,4-D, 글리포세이트 등 일부 제초제는 발암성 논란이 지속되고 있다.^[85]^[86]

제초제는 상당한 양을 빠르게 섭취하여 발생하는 급성 독성과 장기간에 걸친 환경 및 직업적 노출로 인해 발생하는 만성 독성 외에도 다양한 독성을 나타낸다.^[44] 공격 경로는 의도적 또는 비의도적 직접 섭취, 제초제가 사람이나 야생 동물과 직접 접촉하게 되는 부적절한 살포, 공중 살포 흡입 또는 수확 전 기간 표시 전 식품 섭취에서 발생할 수 있다.^[45]

페녹시계 제초제는 다이옥신(예: TCDD)으로 오염된 사례가 보고되었다.^[46] 이러한 오염은 페녹시계 제초제에 대한 직업적 노출 후 암 위험을 약간 증가시키는 것으로 제시되었다.^[47] 트리아진 노출은 유방암 위험 증가와 관련이 있을 가능성이 있지만, 인과 관계는 불분명하다.^[48]

1995년 2,4-D(2,4-디클로로페녹시아세트산)의 발암성에 대한 연구를 검토한 13명의 과학자 패널은 2,4-D가 인간에게 암을 유발할 가능성에 대한 의견이 분분했다.^[42] 페녹시계 제초제에 대한 연구는 이러한 제초제로 인한 많은 종류의 암 위험을 정확하게 평가하기에는 너무 적었지만, 이러한 제초제에 대한 노출이 연조직 육종과 비호지킨 림프종의 위험 증가와 관련이 있다는 증거는 더 강력했다.^[43]

2015년에는 국제암연구소가 제초제 글리포세이트를 인간에게 발암성이 있을 가능성이 있는 그룹 2A로 지정했다.^[85]^[86] 2018년 8월에는 미국에서 암에 걸렸다며 몬산토를 소송한 재판에서 손해배상금 2.89억달러의 지불을 명령했다.^[87]

파라쿼트(Paraquat)는 작물 재배 전 모든 식물을 고사시키기 위해 사용되는 흡수이행형 비선택성 제초제이다. 활성산소 발생을 통해 작용하지만, 동물과 인간에게도 독성이 강하다. 제초제 중 가장 급성독성이 강한 것으로, 때때로 자살에 사용되어 문제가 된다.

2,4,5-트리클로로페녹시초산(2,4,5-T)는 1970년대에 널리 사용된 광엽 제초제이다. 2,4,5-T 자체의 독성은 그다지 강하지 않지만, 제조 과정에서 불순물로 미량의 다이옥신류의 일종인 2,3,7,8-테트라클로로디벤조-p-다이옥신(TCDD)이 생성되므로 문제가 되었다. TCDD는 매우 강한 독성을 지닌다. 2,4,5-T는 미국에서는 1983년에 사용이 금지되었다.

일본에서는 기형성 등의 의심으로 1975년에 2,4,5-T 사용이 금지되었다. 국유림의 조림 시 사용을 임야청이 1971년에 중단했지만, 제조업체에 반환된 것은 잔량의 6할 남짓에 불과했고, 26톤은 17개 도현의 50개 시정촌(현재는 42개 시정촌)의 국유림에 매립되었다. 시멘트와 흙에 섞는다는 방법 자체가 토양오염 방지에 불충분하다는 지적이 있는 외에도, 시멘트와 섞지 않고 처리한 지방 기관도 있어, 호우나 지진에 따른 비산이 우려되고 있다.^[89]

고엽제(오렌지 에이전트)는 베트남 전쟁에서 활발하게 사용되었다. 이것은 2,4,5-T와 2,4-D의 혼합제이지만, 일반적인 2,4,5-T제보다 더 많은 TCDD를 포함하고 있어, 실제로 베트남에서 건강 피해의 원인이 되었다는 지적이 제기되어 문제가 되었다.

일본에서도 과거 제초제 2,4-D와 클로르니트로펜 등에 미량의 다이옥신류가 포함되어 있었던 것이 밝혀져 문제가 되었지만, 현재 등록된 농약에는 다이옥신류가 전혀 포함되어 있지 않다.

5. 4. 제초제 저항성 잡초 확산

제초제의 과도한 사용은 제초제 저항성 잡초의 출현과 확산을 촉진한다.^[77] 제초제 저항성은 1957년에 처음 관찰되었으며,^[60] 전 세계 농작물 생산에서 주요한 문제가 되고 있다.^[61] 잡초가 저항성을 진화시키는 데에는 단일경작, 비제초제 잡초 방제 관행 소홀, 잡초 방제를 위한 단일 제초제 의존이라는 세 가지 농업 관행이 영향을 준다.^[62] 알려진 31가지 제초제 작용 방식 중 잡초는 21가지에 대해 저항성을 진화시켰으며, 최소 한 번 이상 제초제 저항성을 진화시킨 것으로 알려진 식물 종은 268종이다.^[59]

글리포세이트 저항성은 글리포세이트 사용이 처음 시작되었을 때 잡초 방제를 위해 지속적이고 집중적으로 사용되었기 때문에 빠르게 진화했다.^[63] 이는 잡초에 엄청난 선택적 압력을 가하여 글리포세이트 저항성을 부여하는 돌연변이가 지속되고 확산되도록 촉진했다.^[64] 가는잎개쑥갓은 글리포세이트 저항성을 발달시킨 잡초 중 하나이다.^[68] 2023년 현재, 58종의 잡초가 글리포세이트 저항성을 발달시켰다.^[69]

미주리주와 아이오와주의 조사에 따르면, 붉은비름의 상당수가 글리포세이트 저항성을 가지고 있는 것으로 나타났다. 2008~2009년 미주리주 41개 카운티의 붉은비름 144개 집단 중 69%가, 2011년과 2012년 아이오와주 전역의 약 500개 지점의 붉은비름 샘플 중 약 64%가 글리포세이트 저항성을 보였다.

완전히 다른 생물학적 작용 방식을 가진 여러 제초제에 저항하는 잡초도 증가하고 있다. 미주리주에서는 붉은비름 샘플의 43%가 두 가지 다른 제초제에, 6%는 세 가지에, 0.5%는 네 가지에 저항했다. 아이오와주에서는 붉은비름 샘플의 89%가 두 가지 이상의 제초제에, 25%는 세 가지에, 10%는 다섯 가지에 저항했다.^[63]

2023년 현재, 6가지 다른 제초제 작용 방식에 대한 저항성을 가진 털비름이 등장했다.^[70] 2020년에는 미국 테네시주 골프장에서 채취한 포아 아누아가 7가지 제초제에 동시에 저항성이 있는 것으로 밝혀졌다.^[71] 강경피와 포아 아누아는 가장 많은 수인 12가지 다른 제초제 작용 방식에 대한 저항성이 확인되었지만, 이는 단일 식물에서 동시에 발견된 수가 아니라, 각 종에서 나타난 제초제 저항성의 형태 수를 나타낸다.^[64]^[72]

6. 제초제 저항성

잡초 방제에 있어 큰 어려움 중 하나는 식물이 제초제 저항성을 진화시켜 제초제가 효과가 없게 되는 것이다. 알려진 31가지 제초제 작용 방식 중 잡초는 21가지에 대해 저항성을 진화시켰다. 최소 한 번 이상 제초제 저항성을 진화시킨 것으로 알려진 식물 종은 268종이다.^[59] 제초제 저항성은 1957년에 처음 관찰되었으며,^[60] 그 이후 전 세계 30과에 걸친 잡초 종에서 반복적으로 진화해 왔다.^[60]

식물은 아트라진과 ALS 저해제에 대한 저항성을 비교적 일찍 발달시켰지만, 최근에는 글리포세이트 저항성이 급격히 증가했다. 2023년 현재, 58종의 잡초가 글리포세이트 저항성을 발달시켰다.^[69] 완전히 다른 생물학적 작용 방식을 가진 여러 제초제에 저항하는 잡초가 증가하고 있다.

2023년 현재, 6가지 다른 제초제 작용 방식에 대한 저항성을 가진 털비름이 등장했다.^[70] 2020년에는 미국 테네시주 골프장에서 채취한 포아 아누아가 7가지 제초제에 동시에 저항성이 있는 것으로 밝혀졌다.^[71] 강경피와 포아 아누아는 가장 많은 수의 제초제 작용 방식(12가지)에 대한 저항성이 확인된 종이지만, 이는 단일 식물에서 동시에 발견된 수가 아니라 특정 시점에 종에서 나타난 저항성 형태의 수를 나타낸다.^[64]^[72]

2015년, 몬산토(Monsanto)는 디캄바와 글리포세이트 모두에 저항성이 있는 작물 종자를 출시하여 작물에 해를 끼치지 않고 다양한 제초제를 사용할 수 있게 했다. 그러나 디캄바 저항성 종자 출시 5년 후인 2020년, 디캄바 저항성 털비름의 첫 사례가 발견되었다.^[73]

6. 1. 제초제 저항성의 진화

제초제 저항성은 잡초가 제초제에 대한 내성을 획득하여 생존 및 번식하는 능력을 의미한다.^[59] 제초제 저항성은 1957년에 처음 관찰되었으며,^[60] 전 세계 농작물 생산에서 주요한 문제가 되고 있다.^[61]

제초제 저항성은 종종 과도한 제초제 사용과 잡초에 가해지는 강한 진화적 압력 때문에 발생한다.^[77] 잡초의 제초제 저항성 진화를 촉진하는 세 가지 주요 농업 관행은 다음과 같다.^[62]

단일경작
비제초제 잡초 방제 소홀
단일 제초제 의존

특히 글리포세이트 저항성은 글리포세이트 사용 초기부터 지속적이고 집중적인 사용으로 인해 빠르게 진화했다.^[63] 이는 잡초에 엄청난 선택적 압력을 가하여 글리포세이트 저항성을 부여하는 돌연변이가 확산되도록 했다.^[64]

2015년 연구에 따르면 제초제 순환 사용은 오히려 제초제 저항성을 증가시킬 수 있으며, 여러 제초제를 동시에 사용하는 것이 권장되었다.^[65] 그러나 2023년에는 제초제 결합의 효과에 대한 의문도 제기되고 있다.^[66]^[67]

가는잎개쑥갓은 글리포세이트 저항성을 발달시킨 잡초 중 하나이며,^[68] 미국 일부 주에서는 글리포세이트 저항성 잡초가 콩, 목화, 옥수수 농장의 대부분에 존재한다. 새로운 제초제는 거의 개발되지 않고 있으며, 저항성이 없는 분자 작용 방식을 가진 제초제는 없다.^[63]

2008~2009년 미주리주 조사에서 붉은비름의 69%가 글리포세이트 저항성을 보였고,^[69] 2011~2012년 아이오와주 조사에서는 붉은비름 샘플의 약 64%가 글리포세이트 저항성을 나타냈다. 2023년 현재 58종의 잡초가 글리포세이트 저항성을 발달시켰다.^[69]

최근에는 여러 제초제에 동시에 저항성을 갖는 잡초가 증가하고 있다. 미주리주에서는 붉은비름 샘플의 43%가 두 가지 제초제에, 6%는 세 가지에, 0.5%는 네 가지 제초제에 저항성을 보였다. 아이오와주에서는 붉은비름 샘플의 89%가 두 가지 이상, 25%는 세 가지, 10%는 다섯 가지 제초제에 저항성을 나타냈다.^[63] 2023년에는 6가지 다른 제초제 작용 방식에 대한 저항성을 가진 털비름이 등장했다.^[70]

강경피와 포아 아누아는 가장 많은 수의 제초제 작용 방식(12가지)에 대한 저항성이 확인된 종이다.^[64]^[72]

제초제가 작용하는 생물학적 메커니즘을 담당하는 유전자에 돌연변이가 발생하면 제초제의 효과가 떨어질 수 있는데, 이를 작용 부위 저항성이라고 한다. 식물에 가장 유리한 돌연변이는 독립적으로 발생하여 저항성 잡초 개체군 전체에 걸쳐 우세해지는데, 이는 수렴 진화의 한 예이다.^[60]

최근에는 작용 부위 이외의 저항성, 즉 대사 저항성 사례가 증가하고 있다. 이는 식물이 제초제를 무력화시키는 효소를 생성하는 경우 등으로, 조상이 접촉한 적 없는 제초제에 대해서도 저항성을 발달시킬 수 있어 문제가 된다.^[73]

제초제 저항성은 다음과 같은 생화학적 기전을 통해 나타날 수 있다.^[74]^[75]^[76]

표적 부위 저항성: 제초제가 표적으로 하는 화학적 기전을 직접 변화시키는 유전적 변화로 인해 발생한다. 예를 들어, ALS 저항성 잡초는 변형된 효소로 이어지는 유전자 돌연변이를 갖는다.^[77]
비표적 부위 저항성: 표적 부위와 직접 관련 없는 유전적 변화로 인해 발생하며, 제초제의 흡수 및 이동 감소, 격리, 잎 표면 침투 감소 등 다양한 기전이 있다.

식물이 여러 제초제에 동시에 저항성을 갖는 경우, 다음과 같은 용어가 사용된다.

교차 저항성: 단일 저항성 기전이 여러 제초제에 대한 저항성을 유발하는 경우이다.
다중 저항성: 두 가지 이상의 저항성 기전이 개별 식물 또는 식물 개체군 내에 존재하는 경우이다.

6. 2. 저항성 기작

제초제 저항성은 잡초가 제초제에 대해 내성을 갖게 되어 제초제의 효과가 없어지는 현상을 말한다. 이러한 저항성은 크게 두 가지 기작으로 나타난다.^[74]^[75]^[76]

표적 부위 저항성: 제초제가 작용하는 식물 내 특정 부위(예: 효소, 단백질)에 유전적 변이가 발생하여 제초제의 효과를 떨어뜨린다. 예를 들어, ALS 저해제 저항성 잡초는 변형된 효소를 생성하는 유전자 돌연변이로 인해 제초제에 대한 저항성을 갖게 된다.^[77] 이러한 변이는 제초제를 무력화시키거나, 표적 효소가 과도하게 발현되도록 유도할 수 있다.^[78]

비표적 부위 저항성: 제초제의 표적 부위와 직접적인 관련은 없지만, 다른 방식으로 식물이 제초제에 덜 민감하게 만드는 유전적 변화이다. 여기에는 다음과 같은 기전들이 포함된다.

제초제의 흡수 및 이동 감소
제초제의 격리
제초제의 잎 표면 침투 감소
잡초 내 제초제의 대사적 해독 (제초제를 무해한 물질로 분해)

이러한 기전들은 제초제의 활성 성분이 표적 부위에 도달하는 양을 줄여 제초제의 효과를 감소시킨다. 특히, 대사 저항성은 식물이 이전에 접촉한 적 없는 제초제에 대해서도 저항성을 가질 수 있게 하므로 더욱 문제가 된다.^[73]

식물이 여러 제초제에 동시에 저항성을 갖는 경우, 다음과 같은 용어를 사용한다.

교차 저항성: 하나의 저항성 기전이 여러 제초제에 대한 저항성을 유발하는 경우이다.
표적 부위 교차 저항성: 제초제들이 동일한 표적 부위에 결합하는 경우.
비표적 부위 교차 저항성: 여러 작용 부위를 가진 제초제에 걸쳐 저항성을 유발하는 단일 비표적 부위 기전(예: 향상된 대사적 해독)이 있는 경우.
다중 저항성: 둘 이상의 서로 다른 저항성 기전이 한 식물 또는 식물 집단 내에 존재하는 경우를 말한다.

6. 3. 저항성 관리

제초제 저항성은 잡초가 제초제에 대한 내성을 획득하여 제초제의 효과가 없어지는 현상이다. 이는 농업에서 큰 문제로, 잡초 방제를 어렵게 만든다. 1957년에 처음 관찰된 이후, 전 세계적으로 다양한 잡초 종에서 제초제 저항성이 나타나고 있다.^[60]

제초제 저항성은 주로 제초제의 과도한 사용과 이로 인한 잡초의 강한 진화적 압력 때문에 발생한다.^[77] 특히 단일경작, 비제초제 잡초 방제 소홀, 단일 제초제 의존 등의 농업 방식은 잡초의 저항성 진화를 촉진한다.^[62] 글리포세이트 저항성은 글리포세이트의 집중적인 사용으로 인해 빠르게 확산되었다.^[63]

하지만 2015년 연구에 따르면, 제초제를 번갈아 사용하는 것보다 여러 제초제를 동시에 사용하는 것이 저항성 관리에 더 효과적일 수 있다. 2023년에는 제초제 조합의 효과에 대한 의문도 제기되고 있다.^[65]^[66]^[67]

최근에는 식물이 제초제를 무력화하는 효소를 생성하는 대사 저항성 사례도 증가하고 있다. 이는 식물이 이전에 접촉한 적 없는 제초제에도 저항성을 가질 수 있게 하여 더욱 심각한 문제로 이어진다.^[73]

제초제 저항성은 다음과 같은 생화학적 기전을 통해 나타날 수 있다.^[74]^[75]^[76]

표적 부위 저항성: 제초제가 작용하는 표적 부위(효소 등)의 유전적 변화로 인해 제초제가 결합하지 못하거나 효과가 감소한다.
비표적 부위 저항성: 표적 부위와 관련 없는 다른 기전(예: 제초제 흡수 감소, 대사적 해독 증가)을 통해 제초제에 대한 민감성이 감소한다.

여러 제초제에 동시에 저항성을 갖는 경우, 다음과 같은 용어를 사용한다.

교차 저항성: 하나의 저항성 기전이 여러 제초제에 대한 저항성을 유발한다.
다중 저항성: 두 가지 이상의 저항성 기전이 한 식물에 존재한다.

종합 병해충 관리는 제초제와 다른 해충 방제 방법을 함께 사용하여 제초제 저항성 문제를 해결하는 접근법이다.

통합 잡초 관리(IWM)는 제초제 의존도를 낮추고 다양한 잡초 방제 전략을 활용하여 저항성 발생을 억제하는 방식이다.^[81] 제초제 사용을 최적화하고, 시기, 용량, 적용 방법을 조절하여 제초제 효과를 극대화해야 한다.

제초제 저항성 발생 위험에 영향을 미치는 농업적 요인
요인	위험도 낮음	위험도 높음
경작 시스템	윤작 우수	단일경작
경작 방식	연간 경운	지속적인 최소 경운
잡초 방제	재배만	제초제만
제초제 사용	다양한 작용 방식	단일 작용 방식
이전 연도 방제	우수	불량
잡초 발생량	낮음	높음
인근의 저항성	알 수 없음	흔함

6. 4. 고엽제 (Agent Orange)

미국군이 베트남 전쟁 중에 화학 무기로 제초제를 사용한 것은 베트남 국민과 화학 물질을 취급했던 미군 병사들에게 장기적인 영향을 미쳤다.^[36]^[37] 전쟁 중에 남베트남 삼림의 20% 이상과 경작지의 3.2% 이상이 적어도 한 번 살포되었다.^[38] 베트남 정부는 베트남에서 최대 400만 명이 낙엽제에 노출되었고 최대 300만 명이 오렌지 작전으로 인해 질병을 앓았다고 주장하며,^[39] 베트남 적십자사는 최대 100만 명이 오렌지 작전에 노출되어 장애를 입거나 건강 문제를 겪고 있다고 추산한다.^[40] 미국 정부는 이러한 수치를 신뢰할 수 없다고 반박했다.^[41]

고엽제(오렌지 에이전트)는 베트남 전쟁에서 활발하게 사용되었다. 이것은 2,4,5-트리클로로페녹시초산(2,4,5-T)와 2,4-D의 혼합제이지만, 일반적인 2,4,5-T제보다 더 많은 TCDD(다이옥신류의 일종)를 포함하고 있어, 실제로 베트남에서 건강 피해의 원인이 되었다는 지적이 제기되어 문제가 되었다.

6. 5. 파라콰트 (Paraquat)

흡수이행형 비선택성 제초제 파라콰트(Paraquat)는 작물 재배 전 모든 식물을 고사시키기 위해 사용된다. 이는 활성산소 발생을 통해 작용하지만, 동물과 인간에게도 독성이 강하다. 제초제 중 가장 급성독성이 강한 것으로, 자살에 사용되어 문제가 되기도 한다. 해독제가 존재하지 않고 즉시 사망하지 않으며, 매우 비참한 증상을 나타내기 때문이다.^[89]

6. 6. 염소산나트륨 폭발 바지 사건

1930년대 뉴질랜드에서 제초제로 사용된 염소산나트륨이 양모나 면에 부착되어 폭발하는 문제가 발생했다.^[90]

6. 7. 일본의 제초제 매립 문제

1975년 일본에서는 기형성 등의 문제로 2,4,5-트리클로로페녹시초산(2,4,5-T) 사용이 금지되었다.^[89] 국유림 조림에 사용하던 임야청은 1971년에 사용을 중단했지만, 제조업체에 반환된 것은 잔량의 6할 정도였고, 26톤은 17개 도현의 50개 시정촌(현재는 42개 시정촌) 국유림에 매립되었다.^[89] 시멘트와 흙에 섞어 매립하는 방식은 토양오염 방지에 불충분하다는 지적이 있었고, 시멘트와 섞지 않고 처리한 지방 기관도 있어 호우나 지진으로 인한 비산이 우려된다.^[89]

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