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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.48 No.6 pp.133-140
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2014.48.6.133

Mechanical and Physical Wood Properties of Quercus serrata due to Damaged Stands in Southern Region of Korea

Kyung-Rok Won1, Nam-Euy Hong2, Kwang-Soo Lee3, Byung-Oh Yoo3, Young-Bae Park3, Su-Young Jung3, Hee-Seop Byeon1*
1College of Agriculture & Life Science, IALS, Gyeongsang National University, Jinju 660-701, Korea.
2College of Agriculture & Life Science, Gyeongsang National University, Jinju 660-701, Korea.
3Southern Resources Research Center, Korea Forest Research Institute, Korea.
Corresponding Author : Hee-Seop Byeon Tel: +82-55-772-1861 Fax: +82-55-772-1869hsbyeon@gnu.ac.kr
September 26, 2014 November 18, 2014 November 24, 2014

Abstract

Quercus serrata can be useful for utilization of forest resources corresponding to climate change in warm temperate forest area. The relationships between wood properties and damage properties in standing growth for Quercus serrata stands in Gyeongsangnam-do Province, Jeollanam-do Province and Je-ju island were analyzed and the amount of damaged-wood appearance was investigated. The sample in damaged stands was obtained for the analysis of sound wood, discoloration wood, decomposed wood, tree hole, stem flexion and scratch on sample plots. From these samples, compression strength and shear strength were measured.

The mean values of compression strength were 53.22, 40.63, 54.14, 51.65, 59.11, and 51.87 Mpa and shear strength were 15.65, 12.10, 15.51, 15.47, 16.69, and 14.57Mpa, respectively for sound wood, discoloration wood, decomposed wood, tree hole, stem flexion and scratch, respectively. Compression strength and shear strength of decomposed wood is 24% lower than that in sound wood, respectively. However, There were no significant differences between other factors. The percentages of damaged-wood appearance were 16.39, 9.09, and 10%, respectively for Gyeongsangnam-do Province, Jeollanam-do Province, and Je-ju island.


임분 피해특성에 따른 지역별 졸참나무의 물리‧역학적 특성

원 경록1, 홍 남의2, 이 광수3, 유 병오3, 박 용배3, 정 수영3, 변 희섭1*
1경상대학교 농업생명과학대학, 농업생명과학연구원
2경상대학교 농업생명과학대학
3국립산림과학원 남부산림자원 연구소

초록

경상도, 전라도와 제주도 삼나무 임지에 대하여 임분 내 임분피해특성과 역학적 특성들 간의 상 관관계를 분석하고 피해목 발생량을 조사하였다. 임분피해특성 샘플을 정상목, 변색목, 동공, 수간 부 굴곡 그리고 상처로 구분하여 표준지에서 채취하였다. 각 샘플의 물리 및 역학적 특성을 분석한 결과, 압축강도 값은 정상목, 부후목, 변색목, 동공, 수간부굴곡, 상처에서 각각 53.22, 40.63, 54.14, 51.65, 59.11, 51.87 Mpa 이었고 평균전단강도 값은 15.65, 12.10, 15.51, 15.47, 16.69, 14.57 Mpa이었다. 부후목의 압축 및 전단강도는 정상목 보다 각각 24%, 23% 감소하였지만 다른 임분 피해요소의 큰 차이는 없었다. 부후목 발생량은 경상남도, 전라도, 제주도에서 각각 16.39, 9.09, 10.00%이었다.


    Korea Forest Service
    SC0500-2012-01

    I.서론

    우리나라 산림자원의 조성은 세계적으로도 성공적 으로 이루어졌다는 평가를 받고 있다. 과거에는 목 재 생산과 같은 경제적 기능에 중점을 둔 산림정책 을 실행하였고, 이로 인해 그동안 산림의 경영과 관 리는 단순 동령림 위주의 침엽수 임분에 집중되어왔 다. 그러나 이러한 단순림 위주의 산림정책은 병해 충의 발생과 생태적 불안정 등의 문제점이 야기되면 서 생태적으로 건전한 천연 활엽수림에 대한 관심과 중요성이 대두되고 있다(Park et al. 2013). 참나무 류는 국내 활엽수림의 70%를 차지하고 있을 정도로 임목 축적량이 많기 때문에 별도의 대규모 집단조림 이 불필요하며 생장이 빠르며 Biomass 생산을 위한 측면에서 맹아력이 강한 장점을 가지고 있어 여러 가지 측면에서 연구되고 있다. 활엽수 자원에 대한 관심이 높아지고 있는 시점에서 새로운 임분을 조성 하거나 기존 임분 구조의 개선을 위한 다양한 조림 방법을 적용하고 있다(Kwon et al. 2003).

    우리나라 남부지역이 난대기후로 점차 변화함에 따라 소나무나 신갈나무의 분포면적이 점차 줄어드 는 반면 강도가 높고, 탄소저장률이 우수한 졸참나 무 임분의 분포면적이 상대적으로 증대되고 있다. 하지만 졸참나무는 산불피해에 의한 동공피해가 증 가하고 인위적, 동물적인 외부 상처에 의해 목질부 가 노출되면서 목질부 조직의 변색 또는 부후가 심 각하여 목재로써의 사용이 제한되어있는 실정이며, 현재 우리나라의 참나무림은 주로 수목의 밀도가 높 은 이차림으로 목재의 효율적인 활용을 위하여 체계 적인 관리 조성이 필요하다. 지금까지의 채종원을 조성하는 목적은 우량묘 및 대경재 생산에 중점을 두었으나, 최근 임업선진국에서는 고품질 목재 생산 에 더 많은 노력을 기울이고 있다(Han et al. 2014). Abe(2005)는 유용수종을 중심으로 조직적 물리적 역학적 특성까지 많은 연구데이터를 축적하 고 있다.

    또한 우리나라의 산림자원도 점차 벌기령에 도달 하는 입목 축적의 증가로 미래에는 국내재 벌채량이 증가될 것으로 예견되고 있으나, 현재의 목재시장에 서는 원목의 직경과 재장에 의한 거래가 대부분이어 서 목재 재질의 질적 변화에 대한 경제적 가치는 고 려되고 있지 않고 있다. 그러나 육림방법 등에 따른 객관적인 목재 재질의 증가를 포함한 목재의 경제적 가치를 분석하는 것은 매우 중요하다(Chong et al. 2014).

    조림면적이 넓고, 집단화 되어있으며 체계적인 육 림작업을 실시한 인공조림지 중 목재생산이 가능한 임지를 대상으로 하여 육림작업에 따른 목재 재질 평가를 함으로써 적정 시업체계를 재정립하여 목재 이용 및 산업화 측면을 고려한 시장중심의 새로운 산림자원의 관리방향 제시가 필요하다. 따라서 부가 가치가 높은 천연활엽수건전임분을 조성하고 관리할 수 있는 경영방안에 대해 관심을 가져야 할 시점이 며, 이를 위해 다양한 입지 유형별로 생육하고 있는 활엽수림내의 임목 생장에 대한 정보의 활용이 필수 적이다(Shin et al., 2001). 또한 임목의 피해발생 은 입지환경과 기후, 산불피해, 수종에 따라 그 특 성이 다양하게 나타나기 때문에 그에 따른 재질변화 및 특성을 파악하여야한다. 남부지역에 생육권역이 점차 확대되고 있는 졸참나무의 임분 피해특성별 목 재품질에 관한 국내의 연구는 드물며, 목재 특성이 나 용도를 파악하기 힘든 실정이다.

    따라서 본 연구는 남부 지역 졸참나무에 발생하는 임분피해특성을 정상목, 변색목, 동공, 수간부 굴곡 그리고 상처로 구분하고 물리적, 역학적 특성을 측 정 분석하여 임분피해로 인한 목재재질의 변화를 규 명하고 졸참나무의 활용도 및 기초자료의 축적을 위 하여 수행되었다.

    II.재료 및 방법

    2.1.공시재료

    본 실험에 사용된 졸참나무(Quercus serrata) 시 험목은 남부지역의 경남, 전남, 제주 표준지에서 흉 고직경, 평균수고, 평균수령, 표고, ha당 본수와 임 분피해에 의한 부후목 발생량을 조사한 결과를 Table 1에 나타내었다(Won. et al. 2014). 또한 각 임분피해 조건별로 3본씩에서 시편을 채취하여 실험 을 수행하였다.

    2.2.임분피해목

    졸참나무에 발생하는 임분피해특성에 있어 건전목 과 부후목의 비교뿐만 아니라 다른 다각적인 시각과 접근방식이 요구됨으로, 졸참나무가 갖는 여러 가지 임목피해를 그림 1과 같이 변색, 부후, 동공, 수간 부 굴곡, 상처로 구분하여 임분특성별 물리적, 역학 적 특성을 측정 분석하였다.

    2.3.실험방법

    2.3.1.조직적 특성

    각종 임분피해에 의해 발생하는 졸참나무 부후목 과, 변색목의 시험편을 원활한 절삭을 위하여 연화 처리 한 졸참나무의 횡단면, 방사단면, 접선단면에 서 마이크로톰(LEICA SM 2000 R)으로 20 μm 두 께로 절삭하여 제작한 절편을 염색, 탈수, 봉입 과 정을 거쳐 프레파라트를 제조하였다. 준비된 프레파 라트를 광학현미경(Nicon, LBO 2N-Micro)과 현미 경에 장착된 CCD 카메라(AxioCam MRm, Carl Zeiss)를 사용하여 화상을 획득하였다. 획득한 화상 을 바탕으로 조직적 특성중 방사조직 수, 방사조직 의 높이, 방사세포수, 섬유장, 연륜당 도관수와 면 적당 도관수를 관찰하여 지역별로 분류하고 유의성 을 검정하였다.1

    2.3.2.평균연퓬폭, 기건밀도 측정

    연륜폭의 측정은 한국산업규격(KS) 중 KS F 2202(목재의 평균 나이테 나비 측정 방법)에 준하여 시험편의 횡단면에서 나이테 사이의 거리를 나이테 의 수로 나누어서 구했으며, 양 횡단면을 측정하여 평균값으로 표시하였다. 기건밀도는 KS F 2198(목 재의 밀도 및 비중 측정방법)에 의거하여 실험을 실 시하였다.

    2.3.3.역학적 특성 시험방법

    종압축강도와 방사방향전단강도는 한국산업규격 한국목재규격(KS)의 KS F 2206(목재의 압축 시험 방법)과 KS F 2209(목재의 전단 시험 방법)을 참조 하여 실험을 실시하였으며 시험은 피로겸용 만능강 도시험기 (Shimadzu, model EHF-ED10-20L)를 이용하여 압축강도 및 전단강도 모두 하중속도 (cross head speed)를 1.0 mm/min의 조건으로 시 험편의 횡단면이 하중 블록의 사이에 상하로 항하도 록 위치시키고 균일한 하중이 횡단면에 가해지도록 시험을 실시하였다.

    III.결과 및 고찰

    3.1.임분피해에 따른 조직적 특성

    각종 임분피해에 의해 발생하는 졸참나무 부후목 과, 변색목의 조직적 비교를 위하여 그 대조구로 정 상목을 사용하여 방사조직 수, 방사조직, 방사세포 수, 섬유장, 연륜당 도관 수, 면적당 도관 수를 측 정하고 t 검정을 실시하여 비교한 결과를 Table 2에 나타내었다.

    임분특성과 조직적 특성에서 방사조직수는 부후목 16.57개, 변색목 14.43개, 정상목 14.43개로 부후목 이 가장 많았으며 t 검정결과 유의성이 나타났다. 방사조직높이는 부후목 146.48μm, 변색목 152.28 μm, 정상목 161.46μm 로 정상목 > 변색목 > 부 후목 순으로 낮았으며 방사세포수는 부후목 7.1개, 변색목 7.76개, 정상목 8.15개로 정상목 > 변색목 > 부후목 순으로 같은 경향이 나타났지만 큰 차이가 없고 t 검정결과 유의성이 나타지 않았다. 섬유장은 부후목 1.25mm, 변색목 1.24mm, 정상목 1.29mm 로 정상목 > 부후목 > 변색목 순으로 낮았으며 연 륜당 도관수는 부후목 16.7개, 변색목 15.31개, 정 상목 12.42개로 부후목 > 변색목 > 정상목 순으로 낮았으며 면적당 도관수는 부후목 60.29개, 변색목 63.43개, 정상목 52개로 변색목 > 부후목 > 정상목 순으로 낮았지만 큰 차이가 없고 각 측정요소별로 연관성이 없었다. 임분피해에 따른 조직적 특성에서 부후목, 변색목, 정상목은 방사조직, 방사세포수, 섬 유장, 연륜당 도관수, 면적당 도관수 모두에서 차이 가 미미하고 t 검정결과 유의성이 나타나지 않았다. 부후목은 변색목과 정상목보다 방사조직 수가 많았 으나 그외의 조직적 특성에 대해서는 특별한 차이가 나타나지 않았다.

    3.2.임분피해에 따른 물리적 특성

    평균연륜폭, 기건밀도를 각 임분피해에 따라 구분 하여 측정하고 각 임분피해의 물리적 특성 값에 대 한 차이 유무를 알기 위해 던컨테스트를 실시하여 Table 3 에 나타내었다.

    정상, 부후, 변색, 동공, 수간부굴곡, 상처에 따른 물리적 특성에서 평균연륜폭은 수간부 굴곡에서 가 장 좁게 나타났으며 다른 임분피해와 유의성이 나타 났다. 이는 수간부 굴곡에 의해 좁게 형성된 연륜폭 의 영향으로 판단된다. 상처를 입은 졸참나무에서 가장 넓은 연륜폭이 나타났지만 차이가 미미하였으 며 수간부 굴곡을 제외하고는 t 검정결과 유의성이 없었다. 밀도는 부후목이 정상목의 밀도 0.81g/cm3 보다 17% 낮은 0.680.81g/cm3로 나타나 부후함에 따 라서 밀도가 낮아지는 경향을 보였다. 임분피해에 따른 물리적 특성에서 정상목과 수간부 굴곡은 큰 연륜폭 차이를 보였으나 밀도에서는 차이가 없었다. 생장속도와 밀도는 일반적으로 생장속도가 높을수록 밀도가 낮지만 Haygreen 등(1989)은 같은 연령의 나무가 생장속도가 빠른 나무와 생장속도가 느린 나 무는 비슷한 밀도를 보이는 경향이 있다고 보고하였 고, Han 등 (1989)은 루브라참나무의 산지 간 평균 연륜폭과 기건 비중의 관계에서, 심재는 생장이 좋 을수록 작아지는 영향을 보였고, 변재는 생장이 좋 을수록 커지는 경향을 나타내었다. 본 연구에서 정 상목의 밀도는 다른 임분특성인 변색, 동공, 수간부 굴곡과는 t 검정결과 유의성 차이는 나타나지 않았 지만 상처 입은 졸참나무의 밀도는 정상목에 비해 약간 낮았다.

    3.3.임분피해에 따른 역학적 특성

    종압축강도, 방사방향전단강도를 각 임분피해에 따라 구분하여 측정하고 각 임분피해의 역학적 특성 값에 대한 차이 유무를 알기 위해 던컨테스트를 실 시한 결과를Table 4와 그림 2에 나타내었다.

    임분피해에 따른 역학적 특성에서 부후재의 압축 강도는 정상재의 압축강도 53.22 Mpa 보다 24% 낮 은 40.63 Mpa로 나타났고, t 검정결과 정상목과 부 후목 간에 유의성이 나타났다. 압축영률은 임분피해 특성간 차이가 나타나지 않았다. 부후재의 전단강도 는 정상재의 전단강도 15.65 Mpa 보다 24% 낮은 12.10 Mpa로 나타났고, t 검정결과 정상목과 부후 목 간에 유의성이 나타났다. 정상, 부후, 변색, 동 공, 수간부 굴곡, 상처에 따른 강도의 변화에서 정 상목과 부후목간의 유의성이 나타났다. 정상목과 수 간부 굴곡에 따른 값의 차이는 나타났지만, 수간부 굴곡목은 심험편 채취과정에서 인장응력에 의한 편 심생장부분을 채취한 결과로 판단된다. 남부지역 졸 참나무의 압축강도 64.88 MPa, 전단강도 18.82 MPa로 기존의(산림과학원, 19) 값 보다 약간 낮은 값을 나타내었다. Wang(1998)은 임펙트 헤머법을 이용한 삼나무의 동적탄성율과 휨강도 모두 같은 수 종이지만 각 지역별로 수목의 밀도, 토양에 따라 강 도가 달라진다고 보고하였다. Fig 2

    IV.결론

    우수한 졸참나무 생산을 위한 재질관련 데이터 축 적과 임목피해에 따른 재질변화를 파악하기 위하여 남부의 경남, 전남, 제주에서 임분피해가 목재의 재 질에 미치는 영향과 지역별 임목피해 발생량을 비교 한 결과는 다음과 같다.

    임분피해에 의해 발생하는 졸참나무 부후목과, 변 색목의 조직적 비교에서 부후목은 변색목과 정상목 보다 방사조직 수가 많았으나 그외의 조직적 특성에 대해서는 특별한 차이가 나타나지 않았다. 밀도는 부후목이 정상목의 밀도 0.81g/cm3 보다 17% 낮은 0.680.81g/cm3로 나타나 부후함에 낮아지는 밀도를 보였다. 정상목의 밀도는 다른 임분특성인 변색, 동 공, 수간부 굴곡과는 t 검정결과 유의성 차이는 나 타나지 않았지만 상처입은 졸참나무의 밀도는 정상 목에 비해 약간 낮았다.

    평균압축강도 값은 정상목, 부후목, 변색목, 동공, 수간부굴곡, 상처에서 각각 53.22, 40.63, 54.14, 51.65, 59.11, 51.87 Mpa 이었고 평균전단강도 값 은 15.65, 12.10, 15.51, 15.47, 16.69, 14.57 Mpa 이었다. 부후목의 압축강도는 정상목보다 24% 감소 하였다. 부후목의 전단강도는 정상목보다 23% 감소 하였지만 다른 조건의 차이는 없었다. 부후목 발생 량은 경상남도, 전라도, 제주도에서 각각 16.39, 9.09, 10%이었다.

    Figure

    JALS-48-133_F1.gif

    Damage characteristics of standing tree in Quercus serrata stands

    JALS-48-133_F2.gif

    Compressive and shear strength of Quercus serrata according to wood damage patterns.

    Table

    The stand growth characteristics of the study area

    Anatomical characteristics of Quercus serrata according to wood damage patterns

    Note; parenthesis is standard deviation.

    Physical characteristics of Quercus serrata according to wood damage patterns

    *Note; *) : Duncan groping (Subscripts indicate significant effect at 0.05% level)

    Mechanical characteristics of Quercus serrata according to wood damage patterns.

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