비병징 소나무재선충 감염목의 조기 탐지 가능성 평가

임원택1*, 고찬우2, 장병우3, 남영우1, 고동욱4

(1국립산림과학원 산림병해충연구과, 2국민대학교 기후기술융합학과, 3국민대학교 산림자원학과, 4국민대학교 산림환경시스템학과)

Early Detectability of Asymptomatic Pine Wood Nematode Infection

Wontaek Lim1*, Chanwoo Ko2, Byungwoo Chang3, Youngwoo Nam1, Dongwook W. Ko4

(1Forest Entomology and Pathology Division, National Institute of Forest Science,

2Department of Climate Technology Convergence, Kookmin University,
3Department of Forest Resources, Kookmin University,
4Department of Forestry, Environment, and Systems, Kookmin University)

요약: 소나무재선충병의 효과적인 방제를 위해 비병징 감염목 관리의 중요성이 대두되고 있으나 현재의 예찰 활동은 여전히 가시적인 병징에 의존하고 있다. 본 연구는 무인항공기로 수집한 시계열 다중분광 영상과 머신러닝 기법을 활용하여 비병징 단계별 감염목의 조기 탐지 가능성을 평가하였다. 시계열 다중분광영상은 소나무재선충병 피해지에서 약 2년간 1주 간격으로 수집되었고, 소나무재선충 접종 실험도 병행하였다. 분석 결과, 비병징 감염목은 병징 발현 약 7–8주 전부터 비감염목과 구별되는 분광 특성을 보였으며, 랜덤포레스트 기반의 앙상블 모델은 감염목 판정에 대해 89% 이상의 정확도를 기록하였다. 특히, 수분 스트레스에 민감한 정규화적색경계지수(NDRE)는 모든 비병징 단계에 걸쳐 가장 변별력이 높은 지표로 확인되었고, 이는 소나무재선충 감염에 따른 수분 포텐셜 감소를 반영한 결과로 해석된다. 본 연구의 결과는 비병징 소나무재선충 감염목을 병징 발현 수주 이전에 탐지할 수 있음을 입증하며, 위성–유인항공기–무인항공기 연계를 통한 소나무재선충병 조기경보 체계 구축과 방제 전략의 고도화를 위한 실질적인 근거를 제공한다.

Abstract: Although the importance of managing asymptomatic pine wood nematode (PWN)-infected trees has been increasingly emphasized for effective pine wilt disease (PWD) management, current surveillance activities still rely largely on the detection of visible symptoms. This study evaluated the detectability of asymptomatic PWN infections across different stages using multi-temporal spectral imagery acquired by a drone, combined with a Random Forest-based ensemble model. Multispectral imagery was collected at approximately weekly intervals over a PWD-affected area for two years, and experimental PWN inoculation was also conducted. The results showed that asymptomatic PWN infected trees exhibited distinct spectral reflectance differences from non-infected trees as early as approximately 7–8 weeks before symptom onset, with classification accuracy exceeding 89%. Among spectral variables, the normalized difference red-edge index (NDRE), which is sensitive to plant water stress, consistently emerged as the most informative indicator across all asymptomatic stages, likely reflecting reductions in water potential induced by PWN. These findings demonstrate that asymptomatic PWN infections can be detected several weeks prior to symptom onset and provide a scientific basis for developing integrated satellite, manned aircraft, and drone-based early warning systems and for improving PWD management strategies.