KR100797980B1 - 소립 종자의 칩 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 종자식물의 소립 종자를 다양한 자연환경에 파종하여 적정한 온도와 햇빛, 그리고 수분만으로 바로 발아 및 생육할 수 있도록 하는, 종자식물의 소립 종자의 칩 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 피트모스, 제올라이트, 진흙, 토양보습제, 비료, 숯 및 수분이 반죽되어 압착 성형된 본체 층과; 저온으로 전처리(Prime Treatment)된 종자와 피트모스, 지올라이트 및 진흙이 혼합되어서 형성된 종자 층과; 종자 층을 덮는 섬유 층;으로 구성되는 소립 종자의 칩인 것을 특징으로 한다.

칩, 소립 종자

Description

소립 종자의 칩 및 그 제조방법{The chip of small size seed and the method of preparing it}

도 1은 본 발명에 따른 소립 종자 칩의 제조과정을 나타낸 순서도이다.

본 발명은 종자식물의 소립 종자의 칩 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종자식물의 크기가 작은 소립 종자를 적절히 처리된 칩의 형태로 제조함으로써 원하는 장소와 시간에 파종해서 적정한 온도와 햇빛, 수분만으로 바로 발아 및 생육시킬 수 있도록 한 소립 종자의 칩 및 그 제조방법에 관한 것이다.

수종갱신방법(樹種更新方法) 중 직파조림(直播造林)은 오래전부터 사용되어온 방법으로 과거부터 경비의 절감이라는 측면에서 산림관계자들에게 관심의 대상이 되었으나, 식재조림(植栽造林)에 비하여 생물학적 요인과 식생(植生) 간의 경쟁(競爭) 등의 영향으로 성공률이 낮은 것으로 알려져 있다. 따라서 조류나 소형포유류의 피해를 최소화하기 위한 방법으로 벌레 따위를 못 오게 하는 처리(repellents), 코팅(coating)에 관한 기법에 대하여 상당한 관심을 기울여 왔다. 한편 식재조림의 경우 성장과 생존율이 균일하다는 장점이 있는 반면 직파조림은 그 성공률이 낮아 시업률(施業率)이 저조한 이유가 되고 있다.

따라서 본 발명에서는 보다 효율적인 직파조림이 가능하게 하기 위한 방안을 마련하고자 하였다. 파종립이 조림현지에서 높은 생존율과 적응성(適應性)을 얻기 위해서는 충실한 종자의 확보 외에도 이들 종자에 대한 적정한 발아촉진기술의 도입이 필요하다. 파종립 직파조림의 특성상 파종립이 요구되는 시점에 파종립 제조에 필요한 종자의 확보를 위해서는 장기간 종자 저장기술의 개발이 필수적이다. 따라서 발명자들은 종자의 장기저장(長期貯藏)에 따른 발아특성(發芽特性)에 관해서도 시험하였다.

또한 발아촉진처리(發芽促進處理)된 종자로 제조된 파종립의 현지 적용성(適用性)을 실제로 시험하여 앞으로 우리나라 직파조림의 확대 방안을 강구하기 위한 기초자료를 제공하고자 하였다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 종자식물의 소립 종자를 다양한 자연환경에 파종하여 적정한 온도와 햇빛, 그리고 수분만으로 바로 발아 및 생육할 수 있도록 하는, 종자식물의 소립 종자의 칩 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다. 이를 위해 발명자는 기존의 작물 파종기 법 중 펠릿(pellet) 기법에 착안하여, 이를 변형시키고 다른 구성요소를 적절히 추가함으로써 본 발명을 완성하였다.

본 발명에 따를 경우 크기가 작은 종자식물의 소립 종자를 원하는 장소와 시간에 파종해서 적정한 온도와 햇빛, 수분만으로 바로 발아 및 생육시킬 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 피트모스, 제올라이트, 진흙, 토양보습제, 비료, 숯 및 수분이 반죽되어 압착 성형된 본체 층과; 저온으로 전처리(Prime Treatment)된 종자와 피트모스, 지올라이트 및 진흙이 혼합되어서 형성된 종자 층과; 종자 층을 덮는 섬유 층;으로 구성되는 소립 종자의 칩인 것을 특징으로 한다. 이때 위 전처리(Prime Treatment) 과정에서 저온 처리 외에 호르몬 처리가 병행하여 행해질 수 있으며, 저온 처리를 하지 않고 호르몬 처리만을 행할 수도 있다.

그리고 위에서 저온 처리는 습사와 혼합하여 5℃로 보관하는 것이며, 호르몬 처리는 종자를 기버렐린(gibberellin) 및/또는 키네틴(kinetin) 수용액에 침지시키는 것임을 특징으로 한다.

아울러 본 발명은, (가) 피트모스, 제올라이트, 진흙 및 숯을 수분과 섞어 반죽하고 거기에 다시 토양보습제와 비료를 혼합하여 성형용 배양토를 준비한 다음, 위 성형용 배양토를 압착 성형하여 1차 압축성형 칩을 준비하는 단계; (나) 위 (가)와는 별도로 종자식물의 종자를 채집하여 저온처리 및/또는 호르몬 수용액에 침지시키는 전처리(Prime Treatment)를 한 다음, 전처리(Prime Treatment)된 종자와 피트모스, 지올라이트 및 진흙을 혼합하여서 종자 배양토를 만드는 단계; (다) 위 (가)에서 준비된 1차 압축성형 칩의 상부에 위 (나)의 종자 배양토를 부어서 종자 층(seed layer)이 형성되도록 하는 단계; (라) 종자 칩의 종자 층(seed layer) 위에 섬유 층(fiber layer)을 붙여서 코팅하는 단계;를 포함하는 소립종자 칩의 제조방법인 것을 특징으로 한다. 이때 저온 처리나 호르몬 처리는 위에서 밝힌 바와 동일하다. 또한, (다)의 단계와 (라)의 단계 사이에, 종자 층이 형성된 칩을 상온에서 기건건조(공기 중 건조)하는 단계가 더 포함될 수 있다.

본 발명에 있어서 각 경우에 종자 층(seed layer)의 처리에 필요한 호르몬은 그 취급하고자 하는 종자의 종류에 따라 당업자라면 공지된 방법을 통하여 기계적으로 알아낼 수 있는 사항일 뿐 아니라, 본 발명은 호르몬 등의 종류에 특징이 있는 게 아니라(즉 식물에 처리되어야 할 호르몬의 종류 자체는 공지된 사실이므로, 호르몬의 종류는 독립하여서는 이 발명의 특징이 될 수 없으며, 위와 같은 칩 구조와 결합하여서만 의미가 있게 된다) 상기와 같이 본체 층, 종자 층, 섬유 층이라는 특정한 구조로 된 칩이라는 점에 기본적이고도 핵심적인 특징이 있다. 또한 피트모스, 제올라이트, 진흙 및 숯의 혼합 비율도 종자나 기타 파종환경 등에 따라 당업자가 적절히 공지의 지식을 이용하여 변경할 수 있는 구성임을 밝힌다.

그리고 본 발명의 실시 과정에서 위에 명시되지 아니한 다른 요소를 추가로 넣는 것도 가능하다.

소립 종자는 그 크기가 다양하며 이를 직접적으로 파종하거나 관리하는 것은 어렵다. 이에 발명자는 기존의 펠릿(Pellet)기법을 응용하여 칩(chip)을 만들고 소립 종자를 거기에 파종함으로써 종자의 크기에 따른 취급상의 문제점을 해결하고, 이와 동시에 칩에 파종하는 과정에서 종자의 발아에 필요한 전처리과정을 수행하여 종자의 발아율을 최적으로 향상시킬 수 있도록 하였다. 또한 칩 제조에 있어서 종래의 펠릿기법과 달리 칩의 상부를 섬유(fiber)로 코팅하여 종자가 칩에서 이탈되어 유실되는 것을 방지하였다. 나아가 칩에 식물 호르몬을 처리하여 종자가 발아 전과 초기에 발아율과 발아시간이 단축되도록 하며, 생육과정에서 필수적인 양분과 필요한 경우 다른 생장촉진제를 처리하여 발아된 직후부터 생존에 필요한 양분과 생장촉진물질을 칩으로부터 공급받을 수 있도록 하였다(Figs 가, 나).

[Fig 가. 소립 종자 칩의 구성 개념]

[Fig 나. 소립 종자 칩의 구조]

한편, 종자의 전처리(Prime Treatment)는, 종자의 생리적 휴면을 제거하여, 종자식물의 종자를 사람들이 원하는 장소와 시간에 파종해서 적정한 온도와 햇빛, 수분만으로 발아 및 생육시킬 수 있도록 하기 위함이다.

또한 섬유층(fiber layer) 처리는 칩 내의 종자가 다양한 주변환경하에서 유실되거나 동물 등에 의해 피해를 입는 것을 최소화하기 위함이다. 이는 또한 수분이 증발되는 것을 억제한다.

또한, Seed Chip 내부의 다공질체인 지올라이트와 진흙의 역할을 통해 토양 내의 다양한 이용 가능한 수용성 양분들을 최대한 흡수하여 종자에 공급할 수 있다.

진흙은 Seed Chip의 성형에 도움을 준다.

이와 같은 재료들의 특성으로 종자가 발아할 때까지 그리고 아주 어린 유묘의 시기에 일어나는 식해와 유실의 피해를 최소화할 수 있으므로 자연상태에서도 충분한 수분을 종자에 장시간 공급하고, 온도와 햇빛만 있으며 종자가 발아 생육할 수 있다.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명한다. (도 1은 본 발명에 따른 난초 종자 칩의 제조과정을 나타낸 순서도이며, 도면 중 겹선으로 둘러싸인 부분은 종자 칩 성형기를 이용한 성형과정에 해당하는 부분을 나타낸 것이다.)

1. 종자식물 종자의 Seed Chip 발명과 이에 관한 공정

(1) 성형배합토 혼합

성형용 배양토는 피트모스, 지올라이트, 진흙 및 숯을 11:73:14:1(w/w)로 섞은 다음, 혼합토양 1.5리터당 수분 1리터의 비율로 수분을 넣고 고속회전식 반죽기(40~50rpm)를 이용하여 30분간 고속회전반죽을 한다(사진 1, 2). 고속회전반죽을 통해 피트모스와 나머지 재료들의 혼합과 피트모스를 기본으로 배양토가 토양입단구조를 형성하고, 입단구조를 통하여 압착성형이 가능하게 된다.

그리고 성형용 배양토에 토양보습제[=흡습제(polymer). 본 실험에서는 상품명이 'Aqua-keep'인 일본제 상품을 200mesh, 0.05%/ℓ로 하여 사용하였다]와 비료를 처리하여 성형용 배양토의 보습력과 생육에 필요한 최소한의 양분을 함유하도록 하였다.

(2) 성형체 1차 압축성

성형용 배양토를 3×3×1.5(cm)의 크기의 성형체를 압착하기 위하여, 압착성형틀에 성형용 배양토를 기계적으로 투입하고 투입된 성형용 배양토를 10㎏/㎤의 압력으로 압착한다(사진 3, 4).

성형체의 1차 압착과정은 성형용 배양토를 성형틀에 기계적으로 투입하기 위하여 5ℓ 용량의 배양토 투입기에 배양토를 넣고 투입기를 성형용 압착틀 위로 전후 1~2회 왕복하여 배양토를 성형용 압착틀에 50㎖씩 균일하게 넣는다. 성형용 압 착틀은 45×35×5(㎝)크기에 64(8×8)(개)의 셀로 구성된 강철구조물이다. 성형틀 위쪽으로 상하로 작동하는 압착용 성형날을 이용하여 10㎏/㎤의 압력으로 압착 성형한다.

1회 압착성형을 통하여 64개의 1차 성형체를 생산할 수 있다. 생산에 필요한 인력은 최소 1인에서 최대 4인이 필요하다.

[사진 3. 성형기의 측면]

[사진 4. 성형기 전면의 배양토 투입기]

(3) 종자처리

종자식물의 종자는 일반적으로 무휴면, 물리적 휴면, 생리적 휴면, 물리·생리적(중복) 휴면 등의 다양한 휴면(dormancy)이 있다. 휴면은 종자가 모수에서 발아하는 것을 억제하고, 종자가 자연생태계에서 생존할 확률을 높이기 위한 생리적, 생태적 식물기작으로 종자식물의 종자를 사람들이 이용하는 데 상당한 장애가 될 수도 있다. 이러한 종자식물의 종자를 사람들이 손쉽게 다룰 수 있도록 하기 위하여 종자의 휴면을 제거하였다. 이를 통하여 종자식물의 종자를 사람들이 원하는 장소와 시간에 파종해서 적정한 온도와 햇빛, 수분만으로 발아 및 생육시킬 수 있도록 하였다.

현재까지 진행된 선행연구들을 통하여 대표적인 종자식물들의 종자의 휴면 특성이나 휴면을 극복할 수 있는 방법이 제시되어 왔으나 이를 실용적으로 활용할 수 있는 방법을 찾는 작업은 상당히 미흡하여 본 특허를 통하여 다양한 종자식물의 종자휴면을 제거하여 실용화할 수 있도록 하였다.

그 방안은 칩 구조에 들어가는 종자에 저온 처리(층적 처리) 또는/및 호르몬 처리를 하는 것이다. 저온 처리와 호르몬 처리 자체는 공지된 방법을 사용하는 것이지만, 본 발명과 같은 칩 구조에 그와 같은 처리를 조합하는 기술은 처음이다. 저온 처리와 호르몬 처리를 하는 예에 대해서는 뒷부분에서 설명한다.

본 발명에 따를 경우, 예를 들어 소나무의 경우 일반적으로 종자 파종에서 발아까지 4주에서 7주 정도의 시간이 소요되고, 유묘기에 들어서는데 최소한 1개월에서 2개월 정도의 시간이 필요하지만, 본 특허를 이용한 Seed Chip의 경우에는 1주에서 3주 정도의 시간만으로 유묘를 만들 수 있다. 쉬나무의 경우 단순한 파종으 로는 1~2년 정도의 시간이 필요하지만 Seed Chip을 이용하면 1~2개월 정도의 시간 만에 유묘를 얻을 수 있다.

또한 종자의 휴면을 제거하면 그 효과가 일정시간(종자의 특성에 따라 차이가 큼)에 따라 그 휴면 제거 효과가 사라지거나 종자 휴면이 제거된 종자가 죽거나 종자로서의 기능을 상실하게 된다. Seed Chip에서는 이러한 효과가 반감되는 시간이 최소 1년 이상이다. 일반적인 종자는 휴면 효과 제거 후 수일 또는 수개월 내에 반드시 파종하여 식물발아를 시켜야 하지만 Seed Chip은 최소 1년 이상 상온에서 보관할 수 있다.

(4) 종자배양토 혼합

종자의 파종을 위해 종자와 파종용 배양토를 일정한 비율로 혼합하여 이를 기계적으로 파종할 수 있도록 하였다. 종자용 배양토는 피트모스와 지올라이트, 진흙을 1:3:1(부피비)의 비율 처리된 종자와 함께 혼합하였다. 전술한 성형용 배합토는 양분과 수분의 공급에 주요 역할이 있음에 비하여, 종자 배양토는 건조 방지, 날라감 방지를 통해 발아를 안정하게 하는 데 주요 의미가 있다.

종자와의 혼합비는 종자의 생리적 특징이나 크기에 따라 그 차이를 두어 Seed Chip당의 종자 개수와 밀도를 조정할 수 있다. Seed Chip에는 최소 2개에서 최대 100여 개 정도의 종자를 파종할 수 있다(물론 1개도 가능하지만 성공률을 높이기 위해서는 2개 이상이 바람직하다).

(5) Seed Chip 종자 layer의 성형

Seed Chip의 종자 layer는 압축성형기 내의 2ℓ용량의 종자혼합배양토 투입기에 전처리된 종자와 종자용 혼합배양토를 일정비율 혼합하여 투입하고 투입기를 1차 Seed Chip 성형체가 있는 성형틀 위로 1회 이동함으로써 10㎖의 종자혼합 배양토가 투입되어 Seed Chip 내에 종자 layer를 형성하게 되고 이를 압착성형하여 Seed Chip의 종자 layer를 성형하게 된다. 이렇게 성형된 Seed Chip은 3×3×1.7(㎝) 크기로 성형되며, 최종적으로 1회 성형시 앞에서 말한 1차 Seed Chip성형할 때와 마찬가지로 64개를 성형하게 된다.

(6) Seed Chip의 건조

성형이 완료된 Seed Chip은 성형틀로부터 기계적으로 분리하여, 성형기에 부착된 콘베이어를 이용하여 성형기의 뒤쪽으로 이동된다(사진 5). 이동된 Seed Chip은 커트식 건조기 위에 올려놓고, 건조실로 이동한다. 건조실은 일반적인 송풍시스템이 설치되어 있어 상온에서 기건건조(공기 중 건조, 상온 건조)를 한다. 건조를 하는 이유는 보관 운반 상의 편의를 도모하기 위함이다. 또한 고온건조를 피하고 기건건조를 하는 이유는 Seed Chip에 들어있는 종자들은 생리적으로 높은 고온이 오면 다시 휴면상태로 돌아가거나 단백질의 열변성에 의해 종자로서의 활력을 상실하게 되기 때문이다.

[사진 5. 성형기 후반부(컨베이어)]

(7) Seed Chip 위 fiber layer 처리

건조가 완료된 Seed Chip 종자 layer 위쪽의 표면에 섬유 층(fiber layer) 처리를 처리한다. 섬유 층 처리는 Seed Chip이 자연상태에서 파종되거나 다양한 재배조건하에서 Seed Chip의 종자 층에 있는 종자가 유실되는 것을 막고, 종자가 동물 등에 의한 피해를 입는 것을 최소화하기 위함이다. 섬유 층 처리를 위해 Seed Chip의 1차 건조가 완료되면 건조실에서 나와 각각의 Seed Chip의 종자 층의 표면을 육안검사하고 표면에 모양에 맞게 각각의 Seed Chip 종자 층 표면에 섬유 층을 접착한다. 섬유 층의 재료는 일반적으로 얇은 펄프 시트(sheet)나 닥나무 섬유(fiber)를 이용한 한지류와 같은 재료를 사용한다. 접착제는 아라비아고무와 폴리에틸렌산화물류(구체적으로, 폴리에틸렌산화물류의 10% 희석용액을 이용하여 0.005% 수용액으로 만든 것)을 이용하여, 펄프 시트(Sheet)를 Seed Chip에 직접 접착한다. 본 발명의 요지와 직접 관계가 있는 것은 아니나, 발명자들은 본 발명에 따른 종자 칩을 대량 생산하는 기술로 녹차팩을 포장하는 3면포장 방식을 이용한 대량 생산체계를 구축하였다(사진 6 내지 9).

[사진 6. 종자 layer를 성형한 종자 칩. 위쪽 흰색의 부분이 종자 층, 아래쪽 갈색부분이 종자 칩 본체이다.]

[사진 7. 종자 층을 성형한 종자 칩을 1회 대량생산한 모습으로 1회에 60여 개를 성형할 수 있다.]

[사진 8. 종자 layer 위쪽에 섬유 층을 접착한 모습으로 흰색의 섬유 층 아래에 어두운 갈색의 종자 층과 밝은 색의 종자 칩 본체가 층별로 있다.]

[사진 9. 종자 칩의 섬유 층 형성을 자동화하기 위하여 종자 칩 표면을 3면 접착방식으로 섬유 층으로 처리하였다.]

(8) Seed Chip에 토양환경에의 파종

Seed Chip의 토양환경에 직접적으로 파종하거나 다양한 재배환경에 따라 최적화할 수 있으며, 현재 개발된 Seed Chip은 실내환경에서부터 토양환경까지 범용적으로 활용할 수 있다. Seed Chip의 자연환경에서 토양의 표면을 Seed Chip 두께만큼 파고 그냥 묻어만 주며, 단순한 자연강우만으로도 종자가 수주 내에 발아하여 생육을 시작할 수 있다. 자연강우를 이용하는 방법으로는 Seed Chip 내부에 들어있는 토양흡습제와 피트모스와 진흙이 Seed Chip 전체체적의 150%정도의 수분을 저수하며, Seed Chip 표면에 처리된 fiber layer가 수분이 증발되는 것을 억제한다. 이와 같은 재료들의 특성으로 자연상태에서도 충분한 수분을 종자에 장시간 공급하고, 온도와 햇빛만 있으며 종자가 발아 생육할 수 있다. 또한 종자가 발아할 때까 지 그리고 아주 어린 유묘의 시기에 일어나는 식해와 유실의 피해를 최소화할 수 있으며, Seed Chip 내부의 다공질체인 지올라이트와 진흙의 역할을 통해 토양 내의 다양한 이용 가능한 수용성 양분들을 최대한 흡수하여 종자에 공급할 수 있다. 또한 진흙은 Seed Chip의 성형에 도움을 준다.

2. Seed chip을 이용한 실제 사례(산불피해지의 Seed chip을 이용한 조림복구수종의 직파조림에 관한 연구)

(1) 서론

수종갱신방법(樹種更新方法) 중 직파조림(直播造林)은 오래전부터 사용되어온 방법으로 미국의 경우, 1970～1980년대에 저 비용 갱신방법으로써 개인 산주들 사이에 폭넓은 관심의 대상이 되었다고 한다. 그중 침엽수의 직파조림은 경비의 절감이라는 측면에서 산림관계자들에게 관심의 대상이 되었으나 식재조림(植栽造林)에 비하여 생물학적 요인과 식생(植生) 간의 경쟁(競爭) 등의 영향으로 성공률이 낮은 것으로 알려져 있다. 따라서 조류나 소형포유류의 피해를 최소화하기 위한 방법으로 벌레 따위를 못 오게 하는 처리(repellents), 코팅(coating)에 관한 기법에 대하여 상당한 관심을 기울여 왔다. 또 식재조림의 경우 성장과 생존율이 균일하다는 장점이 있는 반면 직파조림은 그 성공율이 낮아 시업율(施業率)이 저조한 이유가 되고 있다.

따라서 본 연구에서는 위의 연구를 통하여 개발된 파종립을 보다 효율적인 직파조림의 소재로 활용하기 위한 방안을 마련하고자 시도되었다. 파종립이 조림현지에서 높은 생존율과 적응성(適應性)을 얻기 위해서는 우선적으로 충실한 종자의 확보와 이들 종자에 대한 적정한 발아촉진기술의 도입이 필요하다. 이에 따라 본 실험에서는 산불 발생 후 노출된 임지의 조기복원(早期復原)에 적합하며 산불피해지라는 특수한 환경에 적응성이 높을 것으로 예상되는 수종들의 종자를 대상으로 층적처리(層積處理)와 호르몬처리를 통하여 종자의 발아율과 발아세(發芽勢, 가장 많은 수가 발아할 때까지의 소요 시간)를 높이고 이들 종자의 발아촉진 효과가 얼마나 오랫동안 유지되는 가를 시험하였다. 파종립 직파조림의 특성상 파종립이 요구되는 시점에 파종립 제조에 필요한 종자의 확보를 위해서는 장기간 종자 저장기술의 개발이 필수적이다. 따라서 종자의 장기저장(長期貯藏)에 따른 발아특성(發芽特性)에 관해서도 시험하였다. 또한 발아촉진처리(發芽促進處理)된 종자로 제조된 파종립의 현지 적용성(適用性)을 시험하였으며, 파종 현지에서의 유실을 방지할 수 있는 방안도 시험하여 앞으로 우리나라 직파조림의 확대 방안을 강구하기 위한 기초자료를 제공하고자 하였다.

(2) 재료 및 방법

① 공시수종

본 연구에 사용된 공시(公試)수종은 소립종자 수종으로서는 현재 산불피해지의 송이 복원조림(復原造林)에 많이 식재되고 있는 소나무(Pinus densiflora Sieb. et Zucc.), 속성수(速成樹)로서 최근 각광받고 있는 목백합나무(Liriodendron tulipifera L.), 사방용(砂防用) 수종으로 널리 사용되고 있는 싸리(Lespedeza bicolor Turcz), 비수리(Lespedeza cuneata G. Don)등 4종으로 하였다.

각 수종의 종자는 건국대학교 구내와 왕산채종원, 건국대학교 연습림에서 종자를 채종하여 공시종자로 사용하였다.

② 종자의 발아촉진처리

(가) 종자의 층적처리

본 실험에서 층적처리는 소립(小粒)종자들을 대상으로 실시하였는데 정선된 종자를 각 수종별로 습사(濕沙)와 종자를 7 : 1 (v/v) 비율로 혼합한 후 polypropylene 마대에 담은 후 5℃ 종자 저장고(진영플랜트, 한국)에 보관하였다.

각 수종의 층적처리 기간은 수종에 따라 달리하였는데 소나무, 싸리, 비수리 종자는 최소 15일에서 60일간 실시하였으며, 이들 수종들을 60일 이상 층적처리한 경우에는 종자들이 물러져서 더 이상 시험이 불가능하기 때문이다. 쉬나무, 목백합나무, 참느릅나무의 경우는 최소 1개월에서 6개월까지 층적처리를 하였다.

(나) 호르몬처리

수종에 따라서 발아촉진 효과가 상대적으로 장기간 처리 후 나타나는 층적처리에 비하여 발아촉진 기간을 단축시키기 위하여 종자발아에 영향을 미치는 것으로 알려진 호르몬 gibberellin(Sigma, England)과 kinetin (Sigma, England)을 처리하였다. 시험에 사용된 호르몬 농도는 예비실험의 결과를 기초로 하여 100ppm으로 하였는데, 우선 10g의 각 호르몬을 1㎖의 ethanol(99% SHOWA, Japan)에 녹인 후 2차 증류수로 희석(稀釋)하여 500ppm에서 5000ppm으로 농도구배가 생기도록 처리하였다.

호르몬 처리는 각 공시종자를 gibberellin과 kinetin 그리고 gibberellin + kinetin의 혼합액에 24시간 침지(浸漬)를 통하여 호르몬이 충분히 흡수되도록 하였다. 호르몬 처리에 의한 발아촉진처리 기간 단축효과를 알기 위하여 층적처리를 실시한 종자에도 호르몬을 병행 처리하였다.

③ 전처리 종자의 저장

본 시험은 층적처리한 종자의 장기저장에 따른 종자의 활력유지력(活力維持力)을 조사하기 위하여 2001년도에 채집된 종자를 대상으로 실시되었다. 공시재료는 각 종자의 발아촉진처리별로 종자의 발아촉진효과를 조사하는 기간에 얻었으며 발아촉진 처리기간 중 흡수한 수분의 영향으로 저온저장 중에 발아될 수 있으므로 이를 억제하기 위하여 전처리(前處理)된 종자를 1～2일간 기건(氣乾)처리한 후 플라스틱 봉지에 건사(乾沙)와 함께 장기간 저장하였다. 각 종자의 발아촉진처리가 지속되는 기간은 발아율의 조사를 통하여 검증하였으며 이때 각각의 저장처리는 1 개월 단위로 1년간 공시재료를 선별하여 시험하였다.

④ 종자의 Seed chip 제조

발아촉진 시험별 종자를 대상으로 파종립을 제조하여 발아력을 시험하였다. 본 시험에 사용된 소립종자의 경우 조림 현장에 파종조림 되었을 때 실험실 종자 발아율보다 낮은 발아율이 예상되므로 모든 파종립에서 1개 이상의 종자가 발아될 수 있도록 파종립 당 수종별로 3～5개의 종자가 포함 되도록 하였다. 파종립 제조는 피트모스, 진흙, 지오라이트, 숯, 흡습제를 11 : 73 : 14 : 1 : 1(w/w)의 비율로 혼합한 건조 배양토에, 건조배양토 1.5리터당 물 1리터의 비율로 하여 물과 섞고, 여기에 다시 P.E.O.(polyethyleneoxide) 0.005%, 아라비아 고무 0.05%의 접착제와 혼합하여 배양토를 제조하였다(다시 말해 '건조배양토에 물을 섞은 것' : P.E.O. : 아라비아 고무는 부피비로 99.945 : 0.005 : 0.05가 된다). 또 종자는 0.005% hyperchloride 수용액으로 처리한 후 증량제(규토)에 살균제인 베노밀과 활성탄소를 90:5:5(부피비)의 비율로 혼합한 다음 분의처리(粉衣處理)하여 준비하였다. 그 후 분의(粉衣)처리한 종자와 혼합배양토를 균일하게 혼합하여 압착성형기(성진공업사, 한국)을 이용하여 10.0kg/㎠으로 2.5×2.5×1(cm)의 직육면체의 파종립을 압착성형 하였다. 제조된 파종립의 견고성을 유지하는데 적합한 함수율(예비실험결과)인 14～17%가 될 때까지 상온에서 1～2일간 건조시켜 사용하였다.

⑤ 종자의 발아시험

소립종자의 발아시험은 처리별, 수종별 종자를 petri-dish(녹십자, 한국)에 3장의 여과지(90mm Advantec, 일본)를 깔고 종자를 입상(粒床)하여 실시하였다. 발아시험은 건국대학교 수목생리연구실 내의 PG-440S 생장실(신영, 한국)에서 온도 23℃, 광주기 16시간, 광도 10,000Lux의 조건에서 실시되었으며, 스프레이를 이용하여 1일 1회 관수 하였으며, 여과지가 건조하지 않도록 필요시 스프레이 하였다.

파종립의 발아시험은 각각의 처리별, 수종별 종자를 포트에 담긴 배양토(피트모스 : 펄라이트 : 질석, 1:1:1; v/v)속 1cm 깊이로 파종하고 1일 1～2회 관수하여 위와 같은 조건에서 발아 시험을 실시하였다. 발아율은 파종립당 종자개수를 기준으로 하여 수종별로 파종립속에 들어있는 종자 개수 당 발아 종자개수로 하여 발아율을 계산하였다.

⑥ 현지직파조림

제조된 파종립을 조림 현지에 파종 하였을 때의 효과를 조사하기 위하여 2002년도에서 2003년도 6월까지 강원도 삼척지역에서 실시하였다.

본 시험지는 강원도 삼척시 임원리 일대의 삼척국유림관리소 관내 국유림 산219의 160 가, 나소반의 임반에 위치하며 이 지역은 2000년도에 대규모 산불이 발생하여 현재 고사목(枯死木)과 일부 지역에서는 자생(自生)하는 식생(植生)이 혼재(混在)되어 있다. 주요 수종은 신갈나무의 맹아와 싸리가 우점(優點)을 하고 있는 전형적인 영동지방 산불 피해지의 식생유형(植生類型)을 나타내고 있다. 시험구 지형은 동서로 계곡이 발달하고 있으며 계곡의 남북사면에 본 시험구를 설치하였다. 시험구는 타 임지와 혼란이 발생하지 않도록 기존식생을 제거하였다. 남사면은 매우 척박하여 대부분의 지역에서 나지가 그대로 드러나 있고 북사면은 산화발생 후 맹아의 발생과 초본의 침입이 부분적으로 이루어지고 있으나 소나무 등과 같이 상층을 이루는 식생은 아직 출현하지 않은 상태이다.

현지 파종시험은 2002년 3월, 4월과 10월, 2003년 4월, 5월, 6월 등 총 6회 실시하였다.

[소립종자 파종립을 이용한 직파조림]

파종립 직파조림의 시험은 시험지 내의 지형과 입지에 따라 남, 북 두개의 사면과 계곡부와 산정부에 크기 4m×2m의 방형구를 3개소씩을 시기별로 매번의 실험마다 설치하였다. 수종별로 파종거리와 파종열(播種列)의 간격을 각각 달리하여 실시하였다. 소나무, 쉬나무, 목백합나무, 참느릅나무는 파종거리 10cm, 열간거리 50cm씩으로 하였고 싸리와 비수리는 파종거리 5cm, 열간거리 50cm로 하여 등고선을 따라 식재하였다. 또한 야생동물의 식해(食害), 강우(降雨) 시 유실(流失)을 방지하기 위하여 1m×50m의 대상 시험구를 설치하고 이곳에는 fiber net처리를 하였으며 수종별 식재간격은 위와 같이 처리하였다.

각각의 실험 1개월 후 생존율을 조사하였으며, 10월에 실험한 시험구는 익년 4월의 생존율을 동일하다고 판단하여 그때의 생존율로 조사하였다.

3. 결과 및 고찰

(1) 종자 전처리의 효과 및 저장특성

종자의 발아를 촉진시키기 위한 층적처리와 호르몬처리 같은 전처리는 본 실험에서 시험된 대부분의 종자에서 그 효과가 높은 것으로 조사되었다. 특히 본 시험에서 실시된 전처리는 처리된 종자를 사용하여 파종립을 제조하였을 때 그 효과가 조림현지에서도 지속되기 위한 목적으로 실시된 것이므로 채집된 종자의 전처리는 파종립 제조에 앞서 실시되는 중요한 과정이다. 따라서 파종립을 제조하여 직파조림 하는데 있어서 종자의 활력과 발아력은 매우 중요한 요소이다.

소나무의 경우 층적처리를 통하여 종자의 발아율이 높아졌으며 발아세의 단축이 관찰되었다(Fig. 1). 전처리도 하지 아니하고 칩으로 만들지도 아니한 대조구에서는 발아 최성일(最盛日)이 입상으로부터 25일 후에 나타났지만 1일 침수 처리와 층적처리 15일에서는 발아최성일이 20일에 나타났고 층적처리 30일과 60일에서는 발아최성일이 10일에 나타났다. 이와 같이 층적처리를 실시함으로서 발아세를 최고 10일 정도 단축할 수 있었다. 또한 파종립에서도 침수처리를 하거나 층적처리를 함으로서 대조구에 비해 발아세가 10일 정도 짧아지는 효과가 조사되었다(Fig. 2). 따라서 소나무종자는 높은 발아세를 나타내는 30일에서 60일정도의 층적처리가 적정한 층적처리기간이라고 할 수 있다.

소나무의 경우에는 전처리한 종자의 장기저장 후 발아율 감소가 다른 수종에 비하여 낮게 나타났다. 하지만 1년 정도의 기간이 지나면 종자의 발아율이 저장 전 90～97%에서 저장 후 80～86%로 감소되었다. 60일간의 층적처리한 후 장기저장을 시작한 종자에서는 97.7%의 저장전 발아율이 저장 후 80.4%로 낮아졌다(Fig. 3).

목백합나무의 경우에서는 대조구 종자는 전혀 발아하지 않았으나, 층적처리를 3～4개월 함으로써 발아율을 20%정도로 높일 수 있었고 층적처리 5개월과 6개월 처리구에서는 50～60% 정도로 보다 더 향상시킬 수 있었다. 파종립종자에서는 종자상태에서 보다 발아세가 10일정도 빨라지고 3, 4개월 층적처리에서의 발아율 60%보다 5, 6개월 층적처리를 함으로서 발아율이 70%로 향상되었다(Figs. 1, 2). 따라서 목백합나무의 종자의 경우에는 발아시키기 위하여 반드시 층적처리를 실시하여야 하며, 층적처리는 최소한 3개월 이상 하여야 하고 적정 층적처리의 기간은 5～6개월인 것으로 사료된다.

목백합나무에서는 장기저장에 따른 발아율의 감소 효과가 다른 수종에 비해서 더 뚜렷하게 나타났다. 3개월에서 6개월 사이의 층적처리 종자를 다시 장기저장을 실시하였을 때 장기저장을 실시하기 전 57.8～66.8%이던 종자의 발아율이 3개월 저장에서 55.3～63.7%로 떨어지고 6개월에서는 30.0～52.7% 정도로 급격히 떨어지기 시작하여 12개월에서는 10.4～19.8%까지 떨어져 층적처리에 의한 발아촉진의 효과가 층적처리 1개월의 발아율 12.6%와 비슷하게 나타났다. 특히, 층적처리 6개월에서는 10.4%로 현저하게 발아율이 낮아지는 현상을 나타내고 있다. 하지만 1개월 층적처리에서는 발아촉진 효과도 낮았고 장기저장에 따른 발아율 감소 효과도 낮았다(Fig. 3).

싸리와 비수리의 종자는 30일 이상의 층적처리에서 발아촉진 효과가 크게 나타났으며, 이는 파종립종자와 일반종자 모두에서 동일하게 관찰되었다. 발아세 또한 대조구 종자에 비하여 30일 이상의 층적처리에서 5일 이상 빠르게 나타났다(Figs. 1,2). 싸리와 비수리에서는 호르몬 처리와 층적처리를 중복처리한 처리구에서 발아세가 대조구 종자에 비해서 1일 정도 빨라지는 효과가 관찰되었지만 일반적으로 발아촉진 처리 하지않은 대조구 종자 자체의 활력이 높아서 큰 차이는 나타나지 않았다. 파종립 종자에서도 종자에서와 같이 대조구 종자에 비해서 1일정도 빨라지는 효과가 관찰되었다(Figs. 1, 2).

싸리와 비수리에서는 층적처리에 의한 발아촉진 효과에서와 같이 장기 저장에서도 발아율이 변화가 크게 나타나지는 않았다. 이는 종자 자체가 비교적 활력이 높기 때문에 층적처리에서의 발아촉진효과가 크게 나타나지 않는 것과 같이 장기저장에서 발아율이 떨어지는 현상이 적게 나타나는 것이라고 판단된다(Figs. 3). 싸리와 비수리의 경우는 장기저장 시험을 하기 전 97～99%에 이르는 발아율이 12개월의 장기저장에서도 90～91%의 높은 발아율을 지속적으로 유지하였다. 이는 싸리와 비수리의 종자가 활력이 높은 종자이기 때문에 장기저장에 따른 발아율의 감소가 호르몬과 층적처리와 무관하게 비교적 크게 나타나지 않는 것으로 판단된다.

(2) 산불피해지에서의 파종립 직파시험

직파조림은 실시하는 시기, 종자활력, 직파조림을 실시하는 기법 등에 따라 직파조림의 성공여부가 결정된다고 할 수 있다. 따라서 본 시험은 파종립의 직파조림시 최적의 파종기법을 탐구하고자 다양한 시기별로 실시하였다.

층적처리에 의한 발아촉진이 소나무의 유묘의 생존에 미치는 영향을 조사한 결과 시험시기와 직파조림기법에 따라 다르게 나타났는데 층적처리 종자의 생존율이 대조구에 비하여 높은 것으로 나타났다(Table 2). 2002년 10월의 경우 층적처리를 받지 않았던 무처리구에서는 5.4%의 생존율을 보였으나 30일간 층적처리를 통하여 발아율과 발아세를 높인 종자에서는 15.4%의 높은 생존율을 보였다. 층적처리를 받은 종자를 포함하여 단순한 종자의 직파조림은 5.4～34.4%의 생존율을 보였으나, 종자 파종 후 fiber net으로 피복한 처리구에서는 7.6～39.6%의 생존율을 보여 그 차이가 크지 않았다. 파종립 직파시험에서는 층적처리를 받지 않은 종자로 만든 파종립의 2002년 3월, 4월의 현지 생존율은 각각 5.2%, 70.4% 이었으며, 2002년 10월에는 12.6%로 조사되어 층적처리를 받지 않은 종자의 직파 후 생존율에 비해 현저히 높은 결과를 보였다. 또한 층적처리를 30일 받은 종자로 만든 파종립의 직파시험 2003년 4월, 5월, 6월에서는 54.3～60.3%의 높은 생존율을 기록하였다. 이 파종립 직파에 fiber net 처리를 병향했을 때는 83.7～85.5%의 상승효과가 확인되었으며, 이 효과는 층적처리를 하지 않은 종자로 만든 파종립 직파에 fiber net 처리를 병행했을 때에도 나타났다. 파종립과 fiber net으로 피복을 동시에 처리한 처리구가 가장 생존에 유리하게 나타난 결과와 단순한 종자파종조림에 비해서 파종립을 이용하는 것이 생존율이 높게 나타난 결과는 직파조림 종자의 유실 해가 종자의 파종립화에 의해서 감소되었으며, fiber net에 의해서는 보다 더 현저하게 감소되었 기 때문에 일어난 결과라고 판단된다. 또한 이러한 결과를 고려할 때 소나무 직파조림이 가능한 시기는 3월에서 10월 사이인 것으로 판단되었다(Table. 2).

본 시험에서는 앞서의 층적처리시험과 종자의 저장에 관한 시험의 결과에서 낮은 발아율을 보인 1개월과 6개월을 제외한 3, 4, 5개월의 처리 종자를 사용하였다. 우선 파종립으로 조제하지 않은 종자와 이 종자의 직파 후 fiber net으로 피복한 2002년 봄 2차례의 직파시험에서 생존율이 0%로 나타났으며 파종립의 경우는 6.4%와 5.1%로 조사되었다(Table 2). 한편 파종립 직파 후 fiber net처리에서는 11.3%와 23.7%로 나타났다. 파종립 직파효과와 파종립 직파 후 fiber net 처리효과는 2002년 10월 시험과 2003년 봄, 여름 시험에서 뚜렷하게 나타나 5개월 층적처리한 종자로 만든 파종립의 직파 후 fiber net 처리한 생존율은 5월과 6월 시험에서 각각 71.2%와 82.7%로 조사되었다. 따라서 목백합나무의 층적처리효과는 파종립으로 조제되어 직파될 때 더 효과가 큰 것으로 판단된다. 한편, 층적처리를 하지 않은 목백합나무 종자를 직파했을 때는 생존율이 0%인 것으로 조사되었다.

싸리와 비수리의 단순한 종자파종조림에서는 30%～50%정도의 생존율을 보이고 파종종자에 fiber net으로 피복처리한 경우에서도 30%～50%의 유사한 생존율을 나타내었다(Table 2). 한편 파종립 처리구에서는 50%～70%의 생존율을 나타내고 파종립과 fiber net으로 피복을 동시에 한 처리구에서는 80%～90%의 높은 생존율을 나타냈다. 이를 통해 보면 파종조림에 있어서 종자의 유실이 생존에 매우 중요한 요인인 것으로 추측할 수 있으나 fiber net으로 피복 정도의 처리로는 단순 파종조 림에서의 종자 유실을 효율적으로 막지는 못하는 것으로 사료된다.

삭제

[위 Table 2는 저온 처리(층적 처리)와 호르몬 처리 중 하나를 하거나 병행한 종자로 만들어진 칩과 그러하지 않은 종자로 만들어진 칩의 발아율을 표시한 것이다. 'stratification'은 층적 처리(저온 처리)를 의미하는데, 층적처리를 할 경우 소나무, 싸리, 비수리는 30일을, 목백합은 5달을 각각 처리하였다.]

종자의 펠릿(pelletizing) 기법에 착안하여 이를 응용한 본 발명에 따르면 종자 식물의 소립종자를 다양한 자연환경하에서 원하는 장소와 시간에 파종해서 적정한 온도와 햇빛, 수분만으로 바로 발아 및 생육시키는 것이 가능하다.

Claims (11)

1. 피트모스, 제올라이트, 진흙, 토양보습제, 비료, 숯 및 수분이 반죽되어 압착 성형된 본체 층과;

   저온으로 전처리(Prime Treatment)된 종자와 피트모스, 지올라이트 및 진흙이 혼합되어서 형성된 종자 층과;

   종자 층을 덮는 섬유 층;으로 구성되는 것을 특징으로 하는

   소립 종자의 칩.
2. 제1항에 있어서,

   전처리(Prime Treatment) 과정에서 저온 처리 외에 호르몬 처리가 병행하여 행해지는 것을 특징으로 하는

   소립 종자의 칩.
3. 피트모스, 제올라이트, 진흙, 토양보습제, 비료, 숯 및 수분이 반죽되어 압착 성형된 본체 층과;

   호르몬으로 처리(Prime Treatment)된 종자와 피트모스, 지올라이트 및 진흙이 혼합되어서 형성된 종자 층과;

   종자 층을 덮는 섬유 층;으로 구성되는 것을 특징으로 하는

   소립 종자의 칩.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   저온 처리는 종자를 습사와 혼합하여 5℃로 보관하는 것을 특징으로 하는

   소립 종자의 칩.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   호르몬 처리는 종자를 기버렐린(gibberellin)과 키네틴(kinetin) 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 수용액에 침지시키는 것임을 특징으로 하는

   소립 종자의 칩.
6. 삭제
7. (가) 피트모스, 제올라이트, 진흙 및 숯을 수분과 섞어 반죽하고 거기에 다시 토양보습제와 비료를 혼합하여 성형용 배양토를 준비한 다음, 위 성형용 배양토를 압착 성형하여 1차 압축성형 칩을 준비하는 단계;

   (나) 위 (가)와는 별도로 종자식물의 종자를 채집하여 저온처리와 호르몬 수용액에 침지시키는 처리 중의 적어도 어느 하나의 전처리(Prime Treatment)를 한 다음, 전처리(Prime Treatment)된 종자와 피트모스, 지올라이트 및 진흙을 혼합하여서 종자 배양토를 만드는 단계;

   (다) 위 (가)에서 준비된 1차 압축성형 칩의 상부에 위 (나)의 종자 배양토를 부어서 종자 층(seed layer)이 형성되도록 하는 단계;

   (라) 종자 칩의 종자 층(seed layer) 위에 섬유 층(fiber layer)을 붙여서 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는

   소립 종자 칩의 제조방법.
8. 제7항에 있어서,

   (다)의 단계와 (라)의 단계 사이에, 종자 층이 형성된 칩을 상온에서 기건건조(공기 중 건조)하는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는

   소립 종차 칩의 제조방법.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서,

   저온 처리는 종자를 습사와 혼합하여 5℃로 보관하는 것을 특징으로 하는

   소립 종자 칩의 제조방법.
10. 제7항 또는 제8항에 있어서,

    호르몬 처리는 종자를 기버렐린(gibberellin)과 키네틴(kinetin) 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 수용액에 침지시키는 것임을 특징으로 하는

    소립 종자 칩의 제조방법.
11. 제9항에 있어서,

    호르몬 처리는 종자를 기버렐린(gibberellin)과 키네틴(kinetin) 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 수용액에 침지시키는 것임을 특징으로 하는

    소립 종자 칩의 제조방법.

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