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문제 정의
- 본 연구는 우리나라 고유 수종인 잎갈나무와 일본에서 도입된 일본잎갈나무의 종 구분을 위한 기초자료 확보를 목표로 강원도 정선군 지역에서 생장한 잎갈나무와 일본잎갈나무의 직경 생장과 조직⋅물리⋅역학적 특성을 비교한 것이다.
제안 방법
- 열기건조 종료 후,Fig. 2에 제시된 것과 같이 수고 5.2 m에서 4.2 m의 플리치에서 압축강도 측정용 시험편, 수고 4.2 m에서 3.2 m의 플리치에서 전단강도 측정용 시험편, 수고 3.2 m에서 1.2 m의 플리치에서 휨강도 측정용 시험편을 각각 제작하였다. 각각의 부위에서 전건밀도를 측정하기 위하여 정육면체 형태의 시험편을 제작하였다.
- Fig. 1(a)에 제시된 것과 같이, 잎갈나무와 일본잎갈나무에서 높이 1.2 m의 원판을 채취하여 연간 직경생장과 50년을 기준으로 한 연간 직경생장을 분석하였다(Table 1). 평균 수령이 각각 74와 51인 잎갈나무와 일본잎갈나무의 연평균 직경생장은 4.
- 두께 20 mm와 10 mm의 스트립은 각각 밀도측정과 가도관 길이 측정에 이용되었다. 가도관의 길이는 수에서 수피까지 3연륜의 간격으로 재단하여 슐츠(Schurz)용액에 48시간 동안 침지시켜 가도관을 해리한 후 증류수로 세척하고 메틸렌블루(Methylene blue)용액으로 염색하여 현미경 화상분석 프로그램(DeltaFix, Netherlands)을 이용하여 측정하였다(Seo 등, 2014).
- 2 m의 플리치에서 휨강도 측정용 시험편을 각각 제작하였다. 각각의 부위에서 전건밀도를 측정하기 위하여 정육면체 형태의 시험편을 제작하였다.
- 강원도 정선군 정선읍 지역에서 생장한 잎갈나무와 일본잎갈나무를 경급별로 3본씩 벌채하여 조직적 특성을 관찰하고, 생장특성과 물리⋅역학적 특성을 비교분석하였으며, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 준비된 박편은 사프라닌(safranine) 1% 용액을 이용해 염색하고 알코올로 탈수한 후 프레파라트로 제작되었다. 광학현미경(Carl Zeiss, Germany)을 이용하여 각 수종의 조직적 특성을 비교하였다.
- 두 수종을 경급별(대⋅중⋅소)로 구분하여 각각 3본씩 벌채하여 수간해석과 물성 측정용 시료를 채취하였다.
- 연륜폭은 획득된 이미지로부터 WinDENDROTM (RégentInstrument Inc. Canada) 프로그램을 이용하여 측정하였다.
- 잎갈나무와 일본잎갈나무의 목재조직학적 관찰을 위하여 각 수종의 변재와 심재에서 소시험편(15 mm× 15 mm × 15 mm)을 제작한 후, 마이크로 톰(microtome; Swiss Federal Institute, Swiss)을 이용하여 3단면 박편(15 - 20 µm)을 제작하였다.
- 잎갈나무와 일본잎갈나무의 원판에서 수에서 수피까지 방사방향으로 폭 20 mm, 두께 30 mm의 스트립(strip)을 절단한 후 스캐너(Scanner; Epson, Japan)를 이용하여 횡단면의 이미지를 획득하였다. 연륜폭은 획득된 이미지로부터 WinDENDROTM (RégentInstrument Inc.
대상 데이터
-
1. 공시재료
공시수종은 강원도 정선군 정선읍 회동리에서 생장한 잎갈나무와 일본잎갈나무이다
. 두 수종을 경급별(대⋅중⋅소)로 구분하여 각각 3본씩 벌채하여 수간해석과 물성 측정용 시료를 채취하였다. - 원판에서 절단된 스트립(20 mm width × 30 mm thickness)을 두께 20 mm와 10 mm로 구분하여 각각 2개의 얇은 스트립으로 제작하였다. 두께 20 mm와 10 mm의 스트립은 각각 밀도측정과 가도관 길이 측정에 이용되었다. 가도관의 길이는 수에서 수피까지 3연륜의 간격으로 재단하여 슐츠(Schurz)용액에 48시간 동안 침지시켜 가도관을 해리한 후 증류수로 세척하고 메틸렌블루(Methylene blue)용액으로 염색하여 현미경 화상분석 프로그램(DeltaFix, Netherlands)을 이용하여 측정하였다(Seo 등, 2014).
- 원판에서 절단된 스트립(20 mm width × 30 mm thickness)을 두께 20 mm와 10 mm로 구분하여 각각 2개의 얇은 스트립으로 제작하였다.
- 잎갈나무와 일본잎갈나무의 목재조직학적 관찰을 위하여 각 수종의 변재와 심재에서 소시험편(15 mm× 15 mm × 15 mm)을 제작한 후, 마이크로 톰(microtome; Swiss Federal Institute, Swiss)을 이용하여 3단면 박편(15 - 20 µm)을 제작하였다. 준비된 박편은 사프라닌(safranine) 1% 용액을 이용해 염색하고 알코올로 탈수한 후 프레파라트로 제작되었다. 광학현미경(Carl Zeiss, Germany)을 이용하여 각 수종의 조직적 특성을 비교하였다.
이론/모형
- Fig. 2와 같이 각각의 플리치에서 전건밀도를 측정하기 위하여 채취된 시험편의 횡단면에서 연륜수와 연륜폭을 WinDENDROTM 프로그램을 이용하여 측정하고, 105 ± 5℃의 건조장치에서 전건시킨 후 전건상태의 무게를 측정하고, 침지법(Smith, 1955)을 이용하여 부피를 측정하여 전건밀도를 산출하였다.
- 잎갈나무와 일본잎갈나무의 압축⋅휨⋅전단강도는 각각 한국산업규격 ‘목재의 압축 시험방법’(Korea Standards Association (KSA), 2004; KS F 2206), ‘목재의 휨 시험방법’(KSA, 2004; KS F 2208), ‘목재의 전단 시험방법’(KSA, 2004; KS F 2209)에 따라 만능재료시험기(Universal testing machin; Instron, USA)를 이용하여 실험을 수행하였다.
성능/효과
- 1. 나선비후는 잎갈나무에는 존재하지 않으며, 일본잎갈나무의 방사가도관에 드물게 존재하는 것으로 보고되어있으나, 본 연구에서 일본잎갈나무의 방사단면에서 나선비후를 발견하지 못하였다. 보다 명확한 수종 구별을 위하여 유전자본체 분석이 요구되는 상황이다.
- 2. 수고 1.2 m의 원판에서 분석된 임령 50년 기준의 연평균 직경생장은 잎갈나무에서 6.16 mm,일본잎갈나무에서 6.75 mm로 측정되어 일본잎갈나무의 직경생장이 잎갈나무에 비해 우수하였다.
- 21연륜을 기준으로 미성숙재와 성숙재를 구분하여 각각 가도관길이를 측정한 결과, 잎갈나무의 미성숙재와 성숙 재의 가도관 길이는 각각 2.29 mm (± 0.452), 2.89mm (± 0.342)이고, 일본잎갈나무는 각각 2.57 mm(± 0.480), 3.08 mm (± 0.263)이었다.
- 3. 잎갈나무와 일본잎갈나무의 전건밀도는 각각 713 - 722 kg/m3, 571 - 601 kg/m3의 범위로 직경생장이 작은 잎갈나무의 물리적 특성이 일본잎갈나무에 비하여 높게 측정되었다. 또한 압축강도, 휨강도, 휨탄성계수, 전단강도 등의 역학적 특성은 잎갈나무에서 일본잎갈나무에 비하여 높게 측정되었으나, 표준편차 내의 값으로 차이가 크지 않았다.
- 7%이다. 3본의 잎갈나무 중 1본을 제외하고, 잎갈나무의 연륜폭이 일본잎갈나무에 비하여 작았으며, 만재율은 잎갈나무가 일본잎갈나무에 비하여 약 5 - 10% 높게 측정되었다.
- 연간 직경 생장량이 작은 잎갈나무가 일본잎갈나무에 비하여 연륜폭은 작고, 횡단면 내 연륜수, 만재율, 전건밀도는 크게 측정되었다. Table 2에 제시된 잎갈나무와 일본잎갈나무의 전건밀도는 713 - 722 kg/m3, 571 - 601 kg/m3의 범위로 중국지역에서 생장한 임령 71 - 155년생 잎갈나무(Larix olegensis) 성숙재의 전건밀도 588 kg/m3와 임령 46년생 일본잎갈나무(Larix kaempferi) 성숙재의전건밀도 518 kg/m3과 비교하여 각각 17%, 10% 정도 크다. 강원도 정선군 지역에서 생장한 잎갈나무와 일본잎갈나무의 재질은 상대적으로 우수하다고 판단된다.
- 침엽수의 전건밀도는 연륜폭과 만재율에 각각 음과 양의 상관관계를 나타내므로(Wimmer와 Downes,2003; Jyske 등, 2008; Han 등, 2016), 연륜폭이 넓고, 만재율이 낮은 수 부위에서 작게 측정되었으며 반대로 연륜폭이 좁고, 만재율이 높은 수피 부위에서 크게 측정되었다. 강도측정용 시험편을 제작하기 위한 판재는 미성숙재에서 잎갈나무의 연륜폭이 더 넓고, 성숙재에서 잎갈나무의 연륜폭이 더 좁아서 방사 방향으로의 전건밀도 차이가 잎갈나무에서 더 클 것으로 예상되었다(Fig. 6). 그러나 방사방향으로 측정된 전건밀도 최대값과 최소값의 차이는 잎갈나무에서 평균 184 kg/m3(± 72), 일본잎갈나무에서 평균 205 kg/m3(± 48)로 일본잎갈나무에서 더 크게 측정되었다.
- 그러나 방사방향으로 측정된 전건밀도 최대값과 최소값의 차이는 잎갈나무에서 평균 184 kg/m3(± 72), 일본잎갈나무에서 평균 205 kg/m3(± 48)로 일본잎갈나무에서 더 크게 측정되었다.
- 7 GPa)에(Chong 등, 2014) 비하여 약 10% 작은 값으로 측정되었다. 두 수종을 비교하면, 전반적으로 잎갈나무가 일본잎갈나무에 비하여 압축강도, 휨강도, 전단강도 등 대부분의 역학적 특성이 우수하였다. 잎갈나무를 기준으로 잎갈나무가 일본잎갈나무에 비하여 압축강도, 휨강도, 휨탄성계수, 전단강도가 각각 2%, 4%, 6%, 7% 크게 측정되었다.
- 2에 제시된 압축⋅휨⋅전단 강도측정을 위한 시험편의 연륜폭, 횡단면 내 연륜수, 만재율, 전건밀도를 Table 2에 제시하였다. 연간 직경 생장량이 작은 잎갈나무가 일본잎갈나무에 비하여 연륜폭은 작고, 횡단면 내 연륜수, 만재율, 전건밀도는 크게 측정되었다. Table 2에 제시된 잎갈나무와 일본잎갈나무의 전건밀도는 713 - 722 kg/m3, 571 - 601 kg/m3의 범위로 중국지역에서 생장한 임령 71 - 155년생 잎갈나무(Larix olegensis) 성숙재의 전건밀도 588 kg/m3와 임령 46년생 일본잎갈나무(Larix kaempferi) 성숙재의전건밀도 518 kg/m3과 비교하여 각각 17%, 10% 정도 크다.
- 66 mm)에 비하여 작았다. 연평균 직경생장을 50년 기준으로 환산하면 잎갈나무와 일본잎갈나무의 연평균 직경생장은 각각 6.16 mm,6.75 mm로 일본잎갈나무의 생장이 잎갈나무에 비하여 약 9% 우수하였다. 두 수종 모두 수령이 50년 이상 되어도 직경생장은 증가하였다.
- 두 수종을 비교하면, 전반적으로 잎갈나무가 일본잎갈나무에 비하여 압축강도, 휨강도, 전단강도 등 대부분의 역학적 특성이 우수하였다. 잎갈나무를 기준으로 잎갈나무가 일본잎갈나무에 비하여 압축강도, 휨강도, 휨탄성계수, 전단강도가 각각 2%, 4%, 6%, 7% 크게 측정되었다. 그러나 이러한 오차는 표준편차 내의 차이이고, 상대적으로 연륜폭, 만재율, 전건밀도 등 물리적 특성에 비하여 큰 차이가 없었다
- 가도관의 길이가 안정화되는 기간을 기준으로 성숙재와 미성숙재를 구분할 수 있다(Seo 등, 2014). 잎갈나무와 일본잎갈나무의 가도관 길이를 3연륜씩 측정한 결과, 18연륜 또는 21연륜에서 가도관길이가 안정화되는 경향을 나타냈다. 21연륜을 기준으로 미성숙재와 성숙재를 구분하여 각각 가도관길이를 측정한 결과, 잎갈나무의 미성숙재와 성숙 재의 가도관 길이는 각각 2.
- 2 m의 원판을 채취하여 연간 직경생장과 50년을 기준으로 한 연간 직경생장을 분석하였다(Table 1). 평균 수령이 각각 74와 51인 잎갈나무와 일본잎갈나무의 연평균 직경생장은 4.32 -6.60 mm, 4.37 - 7.91 mm의 범위로 측정되었다. 일본잎갈나무에서 연평균 직경생장은 경급이 증가함에 따라 증가하는 양의 상관관계를 갖는 반면에 잎갈나무는 경급 중(medium)의 연평균 직경생장(4.
후속연구
- 본 연구는 우리나라 고유 수종인 잎갈나무와 일본에서 도입된 일본잎갈나무의 종 구분을 위한 기초자료 확보를 목표로 강원도 정선군 지역에서 생장한 잎갈나무와 일본잎갈나무의 직경 생장과 조직⋅물리⋅역학적 특성을 비교한 것이다. 본 연구를 통하여 축적된 자료는 향후 수행될 DNA 분석을 통한 종 구분의 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.
- 잎갈나무 고유의 다형적 DNA 유전변이를 이용한 DNA 마커(marker)의 개발이 필요하다. 잎갈나무와 일본잎갈나무의 새잎 시료를 채취한 후, 잎갈나무의 DNA 마커와 비교한다면 명확한 수종식별이 가능할 것으로 판단된다.
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