1. 서 론
목재는 나무(수종)에 따라 해부, 물리 및 역학적 성질이 다르다. 이는 목재를 다양한 방법으로 사용할 수 있는 요인이 되기도 한다. 예로 목리가 통직하고 강도가 크면 건축의 기둥 등 힘을 받는데 이용되고, 목리가 아름다우면 건축내장재 또는 목가구의 판재로 이용되어진다. 따라서 목재를 용도에 맞게 적재적소에 이용되어져야 만이 나무의 특성을 최대로 살릴 수가 있다. 과거에는 대목장, 소목장들의 경험에 의해 이용되어져 왔지만 최근에는 과학적 조사에 의해 이용됨으로 해서 효율 및 경제적 측면이 획기적으로 개선되었다. 또한 목재는 펄프 및 종이 제조용 셀룰로오스 섬유의 주원료로, 전세계 생섬유 소요량의 93%가 목재로부터 공급되며, 이때 생섬유의 구조가 종이의 특성에 결정적인 영향을 미친다.1) 따라서 각 수종에 대해 해부학적, 물리, 역학적 성질이 조사되어지고 있다. 각 나무의 물리, 역학적 특성 및 펄프, 종이 특성은 그 나무의 해부학적 성질에 기인하므로 나무이용에 있어 해부학적 성질조사는 가장 기초라고 생각할 수 있다.
황벽나무는 운향과 황벽나무속이며 또 다르게 황경피나무, 황경나무라 불리며 한국, 일본, 중국 등 깊은 산 1,300 m 고지 이하의 비옥하고 그늘진 숲속에 주로 서식하는 낙엽활엽교목으로 운향과에 속하는 나무이다. 황벽나무는 비교적 목재가 가볍고 결이 아름다우며 속껍질은 황백색과 노란색을 띄는 특징을 가지고 있고, 또한 황벽나무에는 alkaloid류의 berberine이라는 항균성분이 있어 목재는 부후성이 강한 것으로 알려져 있어 건축재, 가구재로도 우수할 것으로 생각한다.2) 따라서 본 연구는 황벽나무의 효율적 이용을 위한 기초성질인 해부학적 성질을 조사하는데 목적이 있다.
2. 재료 및 방법
2.1 공시 재료
공시재료는 2012년 태풍 볼라멘의 피해로 쓰러진 충북대학교 구내에 자생하던 황벽나무(Phellodendron amurense)로 이들의 산지, 수령, 흉고 직경, 평균연륜폭 및 만재율(KS F 2202)은 Table 1과 같다. 수고는 확인할 수 없었다.
2.2 실험방법
해부학적 특성을 조사하기 위해 나무별로 3단면(횡단면, 접선단면, 방사단면)으로 구분하여 시편을 제작하고, 목재의 조직구조 관찰법에 따라 절편제작한 후, 독취현미경(STM5-UM)과 광학현미경(M30/M20, OLYMPUS, JAPAN)으로 측정 및 관찰 하였다.3)
2.2.1 삼단면 관찰
각 나무별로 횡단면, 접선단면 및 방사단면으로 구분하여 1×1×1 cm의 시편을 제작한 후 히팅멘틀로 연화한 후 활주식 마이크로 톰(sliding microtome)을 이용하여 15∼20 μm 두께의 절편을 제작하였다. 제작된 절편을 1% safranine 용액으로 염색한 후 알콜시리즈(50%, 70%, 90%, 99.5%, 100%)로 탈수하였다. 염색이 완료된 절편을 영구프레파라트로 제작하였으며, 이를 광학현미경(M30/M20, OLYMPUS, JAPAN)을 이용하여 관찰하였다.
2.2.2 섬유장 측정
각 나무에 대하여 목섬유, 도관요소의 길이 및 직경을 조재와 만재로 나누어 채취한 후 제조된 슐츠액으로 처리한 후 섬유를 해리하여 임시프레파라트를 제조한 후 독취현미경(STM5-UM)으로 관찰, 측정하였다. 두 개의 나무 모두 연륜별 조·만재의 구분이 가능하여 모든 연륜을 조·만재로 나누어 각각 30개씩 관찰, 측정하였다.
2.2.3 구성요소 비율
각 나무에 대한 구성요소의 비율은 횡단면을 광학현미경으로 촬영한 후 횡단면 사진을 이용하여 측정하였다. 도관, 방사조직, 목섬유의 비율을 각 심재와 변재로 나누어 측정하였다.4)
3. 결과 및 고찰
3.1 삼단면 관찰
황벽나무는 육안적으로 심, 변재의 구분이 보통이며, 재색은 변재는 흰색을 심재는 갈색을 띄며, 연륜구분은 명확하며, 재면(나무갗)은 치밀한 특징을 보였다. Fig. 1은 황벽나무 A, B에 대한 횡단면, 방사단면, 접선단면의 사진이다. 두 나무 모두 같은 경향의 구조사진을 나타내었다. 횡단면에서는 환공재로 조재부 공권은 지름이 큰 관공이 2열 또는 2열 이상의 방사복합관공을 이루고, 만재부인 공권외는 소관공이 산재상배열로 되어 있다. 방사단면에서는 방사조직이 동성형으로 모두 평복세포로 이루어져있으며, 단천공과 나선비후를 관찰할 수 있었다. 접선단면에서는 방사조직이 2~5열인 다열 방사조직으로 이루어져 있다. 황벽나무는 대형도관이 고립 또는 2∼3개 복합되어 열(4∼5열)로, 공권외부는 소형도관이 주로 산재상 또는 집단으로 배열되고, 축방향 유세포는 주위상으로 배열되고 연륜계에서는 대상으로 배열되고, 도관은 단천공이고, 도관상호간벽공은 교호상으로 공구가 결합되어있으며, 도관방사조직간 벽공은 벽공연이 거의 없는 단벽공에 가까우며, 소형 도관에 나선비후가 나타나고, 방사조직은 단열과 복열로도 존재하나 대부분 5열 정도의 다열방사조직으로 동성형이며, 분포수는 mm 당 2∼6개라 하였다.5,6) 황벽나무를 단일천공, 도관상호간 벽공 교호상, 나선비후 존재, 축방향 유조직 주위상, 방사조직은 1∼3열, 동성형이라고 하였다.7) 본 조사와 비교했을 때 비슷한 결과를 보였다.
3.2 섬유장 측정
Table 2은 Tree A, B의 조재와 만재의 도관길이 및 도관직경과 목섬길이를 나타낸 것이다. 도관요소의 길이는 A나무의 조재가 275 μm 만재가 252 μm, B나무의 조재가 323 μm 만재가 347 μm로 B나무가 조, 만재에서 길게 나타났다. 이는 A나무의 수령(38년)보다 B나무의 수령(46년)이 높아 성숙재 부분이 많기 때문이라고 생각된다. 도관요소의 직경은 A나무의 조재가 164 μm 만재가 163 μm, B나무의 조재가 171 μm 만재가 124 μm로 B나무가 조재부에서는 도관길이와 같이 A나무보다 크게 나타났지만 만재부에서는 B나무가 A나무보다 작게 나타났다. 작게 나타난 차이도 크므로 이는 다시 한 번 조사가 필요할 것으로 생각된다. 목섬유의 길이는 A나무의 조재가 793 μm 만재가 818 μm, B나무의 조재가 799 μm 만재가 840 μm로 B나무가 조, 만재에서 도관길이, 도관직경(조재부)과 같이 길게 나타났다. 황벽나무의 춘재 도관의 접선방향직경이 80~170 μm, 도관요소의 길이가 230~430 μm. 목섬유의 길이가 840~1,380 μm으로 나타냈다.7) 본 조사의 조재의 구성요소와 비교했을 때 목섬유의 길이는 Lee7)의 값이 더 크고 도관직경과 도관요소의 값은 본 조사와 거의 비슷한 값을 나타냈다.
Table 2.
Characteristics of cell elements in Phellodendron amurense
| Vessel element length (μm) | Vessel diameter (μm) | Fiber length (μm) | ||
|---|---|---|---|---|
| Tree A | Earlywood | 275±37 | 164±34 | 793±64 |
| Latewood | 252±58 | 163±32 | 818±67 | |
| Tree B | Earlywood | 323±51 | 171±53 | 799±136 |
| Latewood | 347±47 | 124±37 | 840±127 |
Fig. 2는 각 연륜에서 측정한 도관요소길이 및 직경과 목섬유길이에 대해 방사방향(수로부터 수피방향)변이를 나타낸 것이다. 도관요소길이의 경우 나무 A, B에서 미성숙재, 성숙재 구분이 없는 특징을 나타내고 있다. 침엽수의 가도관의 방사방향 변이 중 잣나무 수간 내 목재 성질의 변동에서 수에서 20연륜까지는 증가하다가 안정되는 것으로 보고하였고,8) 활엽수의 도관의 방사방향 변이 중 한국산 물푸레나무속 주요 수종의 해부학적 특성에서 미성숙재인 13~15연륜까지 증가하다가 성숙재에 돌입하면서 일정해지는 것으로 보고하였다.4) 그러나 본 도관요소 길이에서는 그러한 경향이 없이 일정한 길이를 보이고 있어 추 후 더 조사 및 연구가 필요할 것으로 생각한다. 도관직경과 목섬유의 방사방향 변이에서는 기 보고들과 같이 뚜렷하지는 않지만 16~20연륜까지는 증가하다가 이 후 안정되는 변이를 보이고 있다.
3.3 구성요소
Table 3은 Tree A, B의 조재와 만재부에 있어서 구성요소의 비율을 나타낸 것이다. 목섬유의 비율은 조재에서 A나무가 55.0% B나무가 47.7% 만재에서 A나무가 88.0% B나무가 81.0%, 도관요소의 비율은 조재에서 A나무가 34.0% B나무가 40.3% 만재에서 A나무가 2.0% B나무가 11.20%, 방사조직의 비율은 조재에서 A나무가 11.0% B나무가 12.0% 만재에서 A나무가 10.0% B나무가 7.8%로 나타났다. 도관요소 비율이 조재부가 만재부보다 높게 나타나는 전형적인 환공재의 특징을 나타냈다. A나무와 B나무 사이에는 만재부의 도관요소, 목섬유 비율에서 차이를 보였고, 나머지 비율은 차이가 없는 것으로 나타났다.
Table 3.
Volumetric composition of Phellodendron amurense
| Element | Tree A | Tree B | ||
|---|---|---|---|---|
| Eearly wood | Late wood | Eearly wood | Late wood | |
| Fiber | 55.0 | 88.0 | 47.7 | 81.0 |
| Vessel element | 34.0 | 2.0 | 40.3 | 11.2 |
| Ray | 11.0 | 10.0 | 12.0 | 7.8 |
활엽수재 환공재인 루브라 참나무의 구성요소 비율을 조재와 만재로 나누어 비교하였는데 목섬유 비율이 조재부 46.4%∼50.6%, 만재부 63.7%∼76.6% 범위를, 도관요소의 비율이 조재부 22.5%∼33.6%, 만재부 3.9%∼4.5% 범위를, 방사조직의 비율이 조재부 10.8%∼14.9%, 만재부 17.8%~23.3%로 보고하였다.9) 물푸레나무속 물푸레나무, 들메나무, 쇠물푸레의 구성요소 비율을 보고하였는데 만재부 목섬유의 비율이 물푸레나무 75.3%, 들메나무 78.9%, 쇠물푸레 51.9%라고 하였다.4) 본 조사와의 구성요소비율을 비교했을 때 만재부 목섬유의 비율이 황벽나무가 큰 비율을 나타내는 것으로 나타났다. 도관 picking 매카니즘과 방지법에서 종이 제조시 도관의 비율이 많으면 picking현상으로 종이의 품질에 나쁜 영향을 미친다고 보고하였다.10) 황벽나무는 도관의 비율은 적고 상대적으로 목섬유의 비율이 높아 종이 제조에도 좋은 수종으로 생각된다.
4. 결 론
본 연구는 황벽나무의 효율적 이용을 위해 기초성질인 해부학적 성질을 조사 한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 황벽나무는 심, 변재의 구분이 보통이며, 재색은 변재는 흰색을 심재는 갈색을 띄며, 연륜구분은 명확하며, 재면(나무갗)은 치밀한 특징을 보였다. 환공재로 조재부 공권은 지름이 큰 관공이 2열개 또는 2열 이상의 방사복합관공을 이루고, 만재부인 공권외는 소관공이 산재상배열로 되어 있다. 도관요소의 길이는 나무 A, B에서 각각 조재가 275 μm, 323 μm 만재가 252 μm, 347 μm 도관요소의 직경은 조재가 164 μm, 171 μm 만재가 163 μm, 124 μm 목섬유의 길이는 조재가 793 μm, 799 μm 만재가 818 μm, 840 μm로 나타났다. 도관요소길이의 경우 나무 A, B에서 미성숙재, 성숙재부분에서 차이가 없는 것으로 나타났다. 목섬유 비율은 나무 A, B에서 각각 조재가 55.0%, 47.7% 만재가 88.0%, 81.0% 도관요소 비율은 조재가 34.0%, 40.3% 만재가 2.0%, 11.2% 방사조직 비율은 조재가 11.0%, 12.0% 만재가 10.0%, 7.8%로 나타났다. 황벽나무는 도관의 비율은 적고 상대적으로 목섬유의 비율이 높아 종이 제조에도 좋은 수종으로 판단된다.
