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문제 정의
- 본 연구에서는 산림치유 효능물질로 알려진 테르펜 계열의 물질 중 강원도 산림에서 배출되는 종류와 그 농도를 조사하였으며, 산림 내 테르펜 계열의 성분 분포 및 임상별, 계절별, 시간대별 배출량을 고찰하였다.
- 본 연구에서는 시간대별로 테르펜 계열 물질의 농도 변화를 알아보기 위하여 테르펜 계열 물질의 함량이 가장 많은 침엽수림에서 2011년 8월 오전 6시 30분부터 다음날 오전 1시 30분까지 대략 3시간 간격으로 6차례 대기 시료를 채취하였다. 시료채취 지점 (침엽수림) 수종은 주로 잣나무였으며 테르펜 성분 중 α-pinene, β-pinene, camphene, d-limonene, p-cymene, (+)-3-carene 이 검출되었다.
제안 방법
- 조사항목은 피톤치드의 주된 성분으로 알려져 있는 테르펜 계열 물질 (α-pinene, β-pinene, camphene, d-limonene, p-cymene, 1,8-cineol, α,γ-terpinene, sabinene hydrate, α-phellandrene, (+)-3-carene)에 대하여 침엽수림, 활엽수림, 혼효림에 따른 배출 성분 분포와 대기 중 함량을 조사하였다.
- 조사항목은 피톤치드의 주된 성분으로 알려져 있는 테르펜 계열 물질 (α-pinene, β-pinene, camphene, d-limonene, p-cymene, 1,8-cineol, α,γ-terpinene, sabinene hydrate, α-phellandrene, (+)-3-carene)에 대하여 침엽수림, 활엽수림, 혼효림에 따른 배출 성분 분포와 대기 중 함량을 조사하였다. 계절별 대기의 농도 변화를 조사하였으며, 계절별 구분은 식물 계절관측 자료에 따라 분류하여 봄철은 4월초부터 7월초, 여름철은 7월 중순부터 9월초, 가을철은 9월 중순부터 11월말, 겨울철은 12월초부터 3월말로 구분하여 봄은 6월, 여름은 8월, 가을은 10월, 겨울은 3월에 각각 대기시료를 채취하였다. 또한, 침엽수림을 대상으로 오전 6시부터 다음날 오전 2시까지 3시간 간격으로 산림 내 배출되는 테르펜 계열 성분의 시간대별 농도를 분석하였다.
- 계절별 대기의 농도 변화를 조사하였으며, 계절별 구분은 식물 계절관측 자료에 따라 분류하여 봄철은 4월초부터 7월초, 여름철은 7월 중순부터 9월초, 가을철은 9월 중순부터 11월말, 겨울철은 12월초부터 3월말로 구분하여 봄은 6월, 여름은 8월, 가을은 10월, 겨울은 3월에 각각 대기시료를 채취하였다. 또한, 침엽수림을 대상으로 오전 6시부터 다음날 오전 2시까지 3시간 간격으로 산림 내 배출되는 테르펜 계열 성분의 시간대별 농도를 분석하였다.
- 선정된 조사지점의 임상별 배출되는 테르펜 계열 물질의 대기 중 함량 특성을 파악하기 위하여 식생 조사를 실시하였다. 활엽수림으로 선정한 지점의 임종 (tree species)은 천연림 (natural forest), 피도 (cover degree)는 90% 이상, 10~15° 경사도, 방위는 북동쪽을 향하고 있다.
- 침엽수림, 활엽수림, 혼효림에서 테르펜 계열 물질의 함량 및 성분 분포를 조사하였다. 침엽수림에서 가장 많은 테르펜 계열 물질을 방출하고 있으며, 활엽수림과 혼효림은 계절에 따른 변화는 있으나 4계절 총량으로는 비슷한 수준이었다 (Table 2).
- 자연에서 배출되는 테르펜 계열 물질의 농도 변화의 계절적인 추이를 조사하기 위하여 3월, 6월, 8월, 10월에 시료를 채취하여 분석하였다 (Table 3). 침엽수림과 혼효림의 경우 여름철에 가장 많은 양의 테르펜이 배출되고 활엽수림의 경우 가을철에 테르펜의 농도가 가장 높은 것으로 조사되었다.
- 피톤치드로 더 잘 알려진 산림치유 효능물질의 함량을 조사하기 위하여 강원도 산림의 대기 중 테르펜 계열 물질의 농도를 조사하였고, 세부적으로 임상별, 계절별, 시간대별 대기중 함량 특성을 분석하였다. 임상별로 채취한 시료를 분석한 결과 테르펜 성분 중 α-pinene, β-pinene, camphene, d-limonene, p-cymene, α-terpinene이 검출되었고, 테르펜 함량은 침엽수림이 가장 높게 나타났으며 활엽수림과 혼효림은 비슷한 수준이었다.
대상 데이터
- 본 연구는 계절별 배출특성을 파악하기 위하여 2010년 6월부터 2011년 8월까지 1년 2개월 동안 강원도 홍천군 북방면에 위치한 강원도자연환경연구 공원의 산림지역 (Lat. 37°45′15″, Long. 127°51′07″)에서 이루어졌다.
- 채취된 대기시료는 가스크로마토그래피 (GC/MSD, CP3800 GC & Varain 1200 Quadrupole MS)를 사용하여 분석하였다.
- 대기시료의 채취는 SIBATA 미니펌프 (MPΣ30, Japan)를 이용하여 200 mL min-1의 유량으로 총 30 L~40 L 를 흡입하였으며, 삼각대를 이용하여 바닥면으로부터 1.2~1.5 m 높이에서 측정지점 마다 3개의 시료를 채취하였다 (Fig. 1).
- 127°51′07″)에서 이루어졌다. 산림의 임상별 특성을 파악하기 위하여 침엽수림 (coniferous forest), 활엽수림 (broad-leaved forest), 혼효림 (mixed forest)으로 구분하여 3개 지점에서 대기 시료를 채취하였다.
- 대기시료의 채취를 위하여 C7~C26까지 물질을 선택적으로 흡착하는 Tenax TA와 Carbograph 1TD (280 mg, Markes)로 충진된 고체흡착관을 사용하였다. 대기시료의 채취는 SIBATA 미니펌프 (MPΣ30, Japan)를 이용하여 200 mL min-1의 유량으로 총 30 L~40 L 를 흡입하였으며, 삼각대를 이용하여 바닥면으로부터 1.
- 침엽수림으로 선정한 지점의 임종은 인공림 (artificial forest), 피도는 95% 이상, 경사는 15°, 방위는 북동쪽을 향하고 있다. 상층은 잣나무 (Pinus koraiensis S.et Z.)로 이루어져 있고 하층은 신나무, 산벚나무 (Prunus sargentii Rehder), 물푸레나무 (Fraxinus rhynchophylla Hance), 고추나무 (Staphylea bumalda DC.)가 각 1본씩 서식하고 있는 인공으로 조림된 침엽수림으로 조사되었다.
성능/효과
- 혼효림으로 선정한 지점의 임종은 천연림, 피도는 90%이상, 경사는 10° 이하의 완경사, 방위는 북동쪽이고, 침엽수와 활엽수의 비율은 6:4로 나타났다.
- 채취한 대기시료를 분석한 결과 테르펜 계열 물질 중 αpinene, β-pinene, camphene, d-limonene, p-cymene, αterpinene이 검출되었다.
- 활엽수림으로 선정한 지점의 임종 (tree species)은 천연림 (natural forest), 피도 (cover degree)는 90% 이상, 10~15° 경사도, 방위는 북동쪽을 향하고 있다. 상층은 굴참나무 (Quercus variabilis Blume), 붉나무 (Rhus javanica L.), 갈참나무 (Quercus aliena Bl.) 중 갈참나무가 우점하고 있고, 중층은 신나무 (Acer ginnalea), 갈참나무, 칡 (Pueraria lobata (Willd.) Ohwi) 중 신나무가 우점하고 있으며, 하층은 산초나무 (Zanthoxylum schinifolium S.et Z.), 신나무, 참싸리 (Lespedeza cyrtobotrya MIQ.), 갈참나무로 이루어진 전형적인 활엽수림으로 조사되었다.
- 혼효림으로 선정한 지점의 임종은 천연림, 피도는 90%이상, 경사는 10° 이하의 완경사, 방위는 북동쪽이고, 침엽수와 활엽수의 비율은 6:4로 나타났다. 상층은 낙엽송 (Larix leptolepis), 중층은 신나무가 각각 우점하며, 하층에는 신갈나무 (Quercus mongolica), 고추나무, 물푸레나무, 진달래 (Rhododendron mucronulatum Turcz. var. mucronulatum)가 우점하고 있는 것으로 나타났다.
- 침엽수림에서 가장 많은 테르펜 계열 물질을 방출하고 있으며, 활엽수림과 혼효림은 계절에 따른 변화는 있으나 4계절 총량으로는 비슷한 수준이었다 (Table 2). 임상별 테르펜 계열 물질의 배출 농도는 여름철의 경우 활엽수림＜혼효림＜침엽수림의 순으로, 가을철의 경우 혼효림＜활엽수림＜침엽수림의 순서로 높게 나타났다. 또한 겨울철에 사계절 잎이 있는 침엽수림이 활엽수림보다 약 9배 많은 양의 테르펜을 배출하는 것으로 조사되었으나 타 계절의 배출량에 비하면 미미한 수준인 것으로 조사되었다 (Fig.
- 임상별 테르펜 계열 물질의 배출 농도는 여름철의 경우 활엽수림＜혼효림＜침엽수림의 순으로, 가을철의 경우 혼효림＜활엽수림＜침엽수림의 순서로 높게 나타났다. 또한 겨울철에 사계절 잎이 있는 침엽수림이 활엽수림보다 약 9배 많은 양의 테르펜을 배출하는 것으로 조사되었으나 타 계절의 배출량에 비하면 미미한 수준인 것으로 조사되었다 (Fig. 3). 따라서 산림 내 테르펜 계열 물질의 농도는 임상과 계절적 요인에 따라 영향을 받는 것으로 사료된다.
- 시료채취 지점 (침엽수림) 수종은 주로 잣나무였으며 테르펜 성분 중 α-pinene, β-pinene, camphene, d-limonene, p-cymene, (+)-3-carene 이 검출되었다.
- 또한, 침엽수림과 혼효림은 여름철, 활엽수림은 가을철에 가장 높은 농도를 나타냈으며, 침엽수림의 경우 α-pinene이 테르펜 계열 물질의 총 배출량을 결정하는 주성분인 것으로 조사되었다.
- 임상별로 채취한 시료를 분석한 결과 테르펜 성분 중 α-pinene, β-pinene, camphene, d-limonene, p-cymene, α-terpinene이 검출되었고, 테르펜 함량은 침엽수림이 가장 높게 나타났으며 활엽수림과 혼효림은 비슷한 수준이었다.
- 시료채취 지점 (침엽수림) 수종은 주로 잣나무였으며 테르펜 성분 중 α-pinene, β-pinene, camphene, d-limonene, p-cymene, (+)-3-carene 이 검출되었다. 시간대별 조사결과를 살펴보면 밤 10시에서 다음날 새벽 1시 30분까지 채취한 시료의 테르펜 농도가 가장 높았고 오전 보다 오후에 그리고 오후 보다 밤에 채취한 시료의 농도가 높게 나타났다 (Table 4, Fig. 6).
- (1987)에 의하면 모노테르펜의 배출이 야간보다는 낮 시간에 더 많기는 하지만 광화학반응으로 인해 거의 대부분 파괴되는 반면 야간에는 이러한 반응들이 없고 대기의 안정도가 강해져 이들 모노테르펜이 더욱 더 축적된다고 한다. 따라서 본 연구결과 일출 후 9:30~12:30에 채취한 시료의 농도가 가장 낮고 이후 온도 상승 및 일사량의 증가와 함께 테르펜의 농도도 계속 증가하는 추세를 나타내는 것으로 보아 낮 시간에는 온도와 일사량에 의해 테르펜 함량이 증가하는 것으로 판단되며, 일몰 후 밤 시간대의 지속적인 증가는 낮 시간에 생성된 테르펜의 산림내 축적에 기인하는 것으로 사료된다.
- 테르펜 배출량이 가장 많은 여름철의 분석결과를 이용하여 각 임상별 성분 분포를 살펴본 결과 α-pinene과 camphene이 침엽수림, 활엽수림, 혼효림 모두에서 67~75% 차지하여 배출되는 테르펜 성분 중 가장 많은 양을 차지하는 것으로 조사되었다.
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