형성층 전기 저항을 이용한 이식 혹은 전정 강도를 달리한 조경수의 건강 진단

서 론

수목의 건강은 여러 가지 요인에 의해서 나빠진다. 이 중에서 인간에 의해서 행해지는 부적절한 이식과 강전정은 수목에 큰 스트레스를 유발한다. 이식은 뿌리를 대량으로 절단하며, 강전정은 수관을 크게 축소하여 나무의 생리적 균형이 깨지면서 건강이 악화된다(Gilman, 2011). 특히 대경목을 이식할 때 근분의 크기가 작고 관수를 제대로 실시하지 않으면 수관이 크게 훼손되거나 나무가 고사한다(Harris et al., 2004).

수목의 건강과 활력도를 측정하는 방법에는 잎의 크기, 변색, 반점, 수명, 엽량, 고사, 가지 생장량, 수관의 풍요도, 겨울눈의 상태 등 나무의 외관을 관찰하는 방법과 생리적 활력을 측정하는 방법이 있다. 생리적 활력을 검사하는 수단으로서 형성층의 전기저항(cambial electrical resistance, CER)을 활용할 수 있다. 나무가 이른 봄 겨울눈이 틀 때, 형성층은 2차 사부를 먼저 만들고, 형성층의 두께가 두꺼워지고, 양전기를 띤 전해질(예; 칼륨 이온)과 수분의 함량이 높아진다(Shigo and Shortle, 1985). 이 경우 형성층 근처에 전기를 흘려보내면 건강한 나무는 수분의 함량이 많아 전기저항이 작고, 건강하지 않은 나무는 수분 함량이 적어 전기저항이 크다. 이러한 원리를 이용해 개발된 기계가 형성층 전기저항계이며, 발명가의 이름을 따서 샤이고미터(Shigometer)라고 부른다(Shigo, 1991). 샤이고미터는 1982년 처음 국내에 도입되었으며, 지금은 국내에 유사한 제품들이 보급되어 있다.

Wargo and Skutt(1975)는 짚시나방의 피해를 받은 밤나무와 참나무류의 스트레스 정도를 나타내는 지표로 CER을 처음 사용하였다. Smith et al.(1976)은 백자작나무의 간벌목과 무간벌목의 생리적 차이를 CER로 측정하였다. 사탕단풍나무의 쇠퇴 현상을 CER로 측정하였으며(Newbanks and Tattar, 1977), 스트로브잣나무에서 형성층과 사부의 전기저항과 수목 활력과의 상관관계를 평가하기도 했다(Kosta and Sherald, 1982). 이러한 원리는 전나무의 주기적 생장에도 활용되었으며(Blanchard et al., 1983), 전나무의 수분퍼텐셜과 CER과의 관계에도 응용되었다(Gagnon et al., 1987). 그 밖에 탄광폐석지의 수목(Plamping et al., 2009)과 참나무류에도 적용되었다(Paysen et al., 1992).

국내에서는 대경목을 이식하는 사례가 잦은데, 이식목의 활착 정도를 형성층의 전기저항으로 조사한 사례가 거의 없다. 본 연구는 이식목의 활착 과정과 강전정을 실시한 나무의 건강 상태를 샤이고미터를 이용해 진단할 수 있는지를 밝히기 위해 실시했다. 부수적인 목적으로 건강한 조경수의 형성층의 전기저항을 수종별로 그리고 계절별로 측정함으로써 국내에서 개발한 전기저항계를 이용하여 쇠약목을 진단하는 기초자료를 제공하기 위함이다.

재료 및 방법

대학교 캠퍼스에서 조경수로 흔히 심는 30개 수종을 연구대상으로 하였다. 이 중에서 더 흔하게 심는 10개 수종은 봄부터 가을까지 5회에 걸쳐서 샤이고미터를 이용해 형성층의 전기저항(CER)을 측정하였다. 추가로 20개 수종은 CER이 낮은 시기인 여름철(8월 중순)에 측정하여 수종간 차이를 상호 비교하였다. 오래 전에 식재되었고, 충분한 직경(20 cm 이상)으로 자란 건강한 수목을 수종당 5~10 그루 이상 반복으로 사용하였다. Table 1에 본 연구에서 사용한 나무들의 크기(직경, 수고, 수관 폭)와 측정한 반복수(개체수)를 나타냈다.

이식목의 연구에는 2004년 6월에 이식한 소나무, 은행나무, 느티나무, 왕벚나무를 각 4그루 씩 선정하여 2009년까지 5년간 매년 6월 초에 CER을 측정하였다. 개체별로 흉고 높이에서 동서남북 네 곳을 측정하여 평균치를 구했다. 소나무 이식목의 경우에는 2019년 10월 말 이식한 12그루를 대상으로 5년간 같은 요령으로 CER의 변화를 추적하였다. 측백나무의 경우에는 서울시 광화문 옆 옛 경기도청 자리에서 근대사의 산증인인 100년생 측백나무(수고 13 m, 근원경 76 cm, 수관폭 8 m)를 2018년 4월 경기도 수원시 영통구 광교역사박물관으로 이식한 후, 2024년까지 6년간 CER의 변화를 조사하였다. 같은 시기에 대학교 캠퍼스에서 자라고 있는 건강목(무이식목) 5그루의 CER을 이식목의 측정치와 상호 비교하였다.

강전정이 소나무의 활력에 미치는 영향을 조사하기 위하여 대학교 캠퍼스 내에서 수령이 40~50년 되는 소나무 45주를 대상으로 조사하였다. 11월 초에 70% 정도(강전정에 해당), 혹은 35% 정도(중전정에 해당) 수관을 제거한 개체와 인근에 전정을 전혀 하지 않은 개체를 대상으로 이듬해 봄 일부 가지가 고사하는 것을 확인한 후 5월 말에 CER을 측정하였다.

위의 모든 CER 측정은 샤이고미터를 이용하였는데, 이 기계는 0과 200 kΩ의 보정을 마친 후 사용하였으며, 모든 측정은 오전 일찍 수행하여 하루 중 나타날 수 있는 변이를 최소화하려고 노력했다. 많은 강우가 기록된 경우 2일 이상 기다려 수피가 완전히 마른 다음에 사용했다. 매번 같은 깊이로 수피 틈새를 찾아서 수직 방향으로 탐침(전극)을 딱딱한 목부조직이 느껴질 때까지 밀어 넣었다. 건강한 개체의 경우 예외적으로 아주 높은 수치(예; 25 kΩ 이상)를 보이는 곳의 자료는 배제하였다.

자료의 통계 분석은 R-studio version 4.2.3를 사용하여 Shapiro-Wilk Test로 정규성을 검정하고, Levene’s Test로 등분산성을 검정하였다. Table 2와 3의 수종별, 날자별 비교와 Table 7의 강전정의 피해 여부 검정은 one-way ANOVA 후 Tukey HSD 사후검정을 실시했다. Table 4, 5, 6의 이식목과 무이식목 간의 연차별 비교에는 one-way repeated ANOVA 검정 후 Bonferroni 사후검정을 실시했다.

결 과

고 찰

형성층 전기저항(CER)은 계절별로 변화하는 것으로 알려져 있다(Lee et al., 1997; Hwang and Kim, 2016; Park et al., 2021). 봄에 수액 이동이 시작하면서 새순이 나오면 CER은 감소하기 시작하여, 여름에 최저치를 보이고, 가을에는 다시 증가함을 본 연구에서도 확인하였다. 전기저항의 변화는 수목의 건강과 관련된 여러 분야에 응용된다. 유럽의 흰전나무에서 스트레스로 수관이 축소되는 병징이 나타나기 전에 연륜 폭이 먼저 감소하는데, 이때 CER이 증가하였으며(Tolleri et al., 1999), 복사나무에서 생장량과 CER 간에 상관관계가 있는 것으로 밝혀졌다(Wisniewski et al., 1985).

본 연구는 이식이나 강전정으로 나무의 건강이 나빠질 때 CER로 스트레스 수준을 진단할 수 있음을 입증하였다. 이러한 결과는 미국에서 전나무와 가문비나무가 뽕나무버섯 뿌리썩음병, 천공성 해충, 겨우살이, 순나방의 피해를 받은 나무의 고사율을 조사했던 연구와 같은 결과라고 판단된다(Filip et al., 2002). CER은 전나무 순나방 해충(Davis et al., 1980), 수분부족(Lindberg and Johansson, 1989), 밀식 피해(Smith et al., 1976), 등 각종 스트레스가 건강에 미치는 영향을 분석할 수 있는 수단으로 쓰일 수 있음을 보여주고 있다. 그 밖에 Wargo et al.(2002)는 사탕단풍나무에서 석회 시비로 수관 활력도가 증가할 때 CER이 감소한다고 하였으며, Shortle et al.(1977)은 상처 치유 속도와 CER과의 부의 상관관계를 밝혔다. 위와 같이 CER 측정은 수목의 건강이 악화되는 경우와 건강이 증진되는 경우 모두 건강 상태를 진단하는 수단으로 활용될 수 있는 유용한 진단법이라고 판단된다.

이식목은 뿌리가 대량으로 절단되는 순간부터 생리적 불균형 상태에 놓이며, 수분 부족으로 인하여 이식 스트레스를 겪게 된다(Harris et al., 2004). Table 3에서 이식 1년 후 4개 수종 이식목의 평균 CER은 12.9 kΩ인데 비교하여 건강목은 8.5 kΩ이었다. 본 연구를 수행하기 전에 다른 소나무를 대상으로 한 예비 조사에서 뿌리를 대량으로 자른 후 CER이 5-6 kΩ 증가한 것을 관찰하였는데, 본 연구는 이를 재확인한 셈이다.

소나무는 뻣뻣한 침엽을 가져 평소에 수분 스트레스를 받아도 잎에 가시적인 병징을 나타내지 않는다(La et al., 2009). 이식한 소나무 혹은 다른 상록침엽수들은 수분 부족이 지속되어도 활엽수처럼 잎이 아래로 처지는 경우를 볼 수 없으며, 스트레스가 오랫동안 지속되면 마지막에 별안간 색깔이 변하며, 일단 변색이 되면 결코 회복되지 않는다. 이러한 독특한 성질 때문에 이식한 소나무의 관수 적기를 놓쳐 나무가 고사하는 경우를 자주 볼 수 있다.

육안으로 구별할 수 없는 소나무와 측백나무의 이식 스트레스 정도와 활착 여부를 CER은 본 실험에서 정확하게 그 수치로 보여주고 있다. 이런 원리를 바탕으로 전기저항계를 활용하여 평소에 소나무 이식목의 건강과 활착 여부를 진단할 수 있다고 판단된다. 소나무를 대상으로 한 이러한 진단이 다른 침엽수, 예를 들면 주목이나 향나무에 활용할 수 있는지는 추가 자료가 없어 여기에서 논할 수 없으며, 추후 실험을 통해서 확인할 필요가 있다.

전정을 과도하게 하면 수목에 피해를 유발한다. Gilman (2011)은 수령에 따른 1회 최대 전정 강도를 제거되는 잎의 량으로 제시하였다. 유령목은 50%, 중령목은 25%, 성숙목은 10% 이상 제거할 경우 맹아가 많이 발생하거나 수목에 피해를 줄 수 있다고 기술하였으며, 매년 혹은 격년으로 조금 씩 약전정을 실시할 것을 권장하고 있다. Table 7은 소나무에 강전정을 실시할 경우 어떤 결과를 가져오는지를 명확하게 보여주고 있다. 35%의 중전정은 나무에 가시적 피해를 거의 주지 않았지만, 70%의 강전정은 일부 가지를 고사시키거나 나무 전체를 죽게 했다.

상록침엽수는 평소에 잎에 많은 에너지와 양분을 저장하고 있으며, 한겨울에도 광합성을 수행한다(Pallardy, 2008). 약전정은 적은 량의 잎을 제거하기 때문에 수목에 피해를 주지 않는다(Gilman, 2011). 조형 소나무를 만드는 전정을 할 경우 일본에서 상식화된 것처럼 1회에 20% 이하로 실시하는 것이 안전하다. 이는 잎을 그 이상 제거할 경우, 특히 가을철 강전정을 실시할 경우, 나머지 잎의 광합성량이 부족하여 살아 있는 조직에 에너지를 충분히 공급하지 못하면, 일부 잎과 가지가 고사하기 때문이다. 국내에서 소나무 전정 시 40% 혹은 50% 이상 과도하게 전정하는 경우를 자주 볼 수 있다. 이는 살아 있는 가지를 훼손시키거나 나무를 고사 시킬 가능성이 높기 때문에 자제해야 함을 본 연구는 증명하고 있다.

결 론

수목의 형성층 전기저항(CER)은 수종과 계절 따라서 변화하지만, 건강한 수목을 대상으로 측정 환경의 변이를 최소화하면서 기본자료를 확보하면, 이를 근거로 하여 형성층 전기저항계(예; 샤이고미터)를 이용하여 건강이 나쁜 수목의 활력도와 건강 상태를 진단하는 수단으로 활용할 수 있다. 이 샤이고미터의 연구 결과를 국내에서 최근에 개발한 전기저항측정기에 응용할 수 있다고 판단된다. 특히 소나무와 측백나무 이식목의 CER은 이식 초기에 증가하지만, 활착이 진행되면서 점진적으로 감소하여 5-6년 후에는 건강한 수목의 수치에 접근하며, 이를 토대로 이식목이 활착한 정도를 진단할 수 있었다. 소나무에 70%의 강전정을 실시하면, 일부 가지가 고사하거나 나무 전체가 죽기도 했으며, 건강도를 CER로 파악할 수 있었다. 35%의 중전정을 실시하면 가시적인 피해를 주지 않으므로, 이를 허용해도 될 것으로 판단하였다.