KR101421107B1 - 유기질문화재의 친환경성 생물방제 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기질 문화재를 가온처리 또는 가온처리와 저산소처리를 병행하여 유기질문화재를 손상시키는 해충류와 미생물을 방제하는 유기질 문화재의 친환경성 생물방제방법으로서, 본 발명에 의하면 기존의 방법에 비하여 유기질문화재를 손상시키는 해충류와 미생물을 보다 단축된 시간 및 보다 향상된 처리효율로 방제하는 것을 가능하게 하며, 이를 이용하면 문화재 보존처리기술을 정립할 것으로 기대된다.

Description

유기질문화재의 친환경성 생물방제 방법{Eco-friendly method of controlling harmful bio-organism of organic cultural assets}

본 발명은 유기질문화재를 손상시키는 해충류(海蟲類)와 미생물을 친환경적으로 방제하는 방법에 관한 것이다.

유기질 문화재를 손상시키는 생물학적 요인에는 크게 해충류(海蟲類)와 미생물 등에 의한 손상이다. 곤충들은 거의 어둡고 따뜻하고 습한 장소를 좋아하며, 종이, 섬유 목재를 재질로 한 유기질 문화재를 먹이로 하면서 서식한다. 따라서 이는 여름철 고온, 다습의 우리나라 유기질 문화재의 경우 이러한 생물학적 요인에 취약할 수밖에 없는 실정이다.

이미 2009년 목조문화재의 생물피해 방제기술 개발에서도 보고하였듯 전국 중요 목조건조물을 231동을 대상으로 한 흰개미 피해 조사에서 33.8%가 흰개미에 의해 가해가 되었으며, 7.8%는 현재도 가해가 진행 중인 것으로 나타났다.

옥외에 노출된 목조건축물은 크게 미생물과 곤충에 의한 피해로 나뉠 수 있다. 일반적으로 목재의 생물열화 중 부후에 관여하는 미생물은 담자균류, 자낭균류, 불완전균류, 접합균류 그리고 세균류이며, 이러한 균류는 목재 내부에 침입하여 번식할 수 있는 것에서부터 목재표면에서만 생육하는 것으로 다양한 편이며, 이러한 균류가 생육하게 되면 정도의 차이는 있지만 목재에 어떠한 형태로든 변화를 초래하게 된다.

목재의 경우에는 부재에 갈색의 할렬이 생겼거나 백색의 섬유질 상태가 노출된 경우 미생물에 의한 부후가 진행되었음을 나타낸다. 미생물이 분해시키는 목재 성분에 따라서 셀룰로오스 분해균, 헤미셀룰로오스 분해균, 리그닌 분해균으로 구분된다.

목재를 가해하는 곤충의 분류는 분류학적 차이에 의해 구분할 수도 있지만, 공격하는 목재의 함수율에 따라 건재 해충, 생원목 해충, 습재 해충으로 분류된다. 곤충은 생입목(living tree)에서부터 쇄약목, 벌목 직후의 생원목(green log), 건조목재에 이르기까지 그 공격의 범위가 매우 넓다. 특히 문화재에 사용되는 목재는 대부분 건조목으로서 빗살수염벌레, 하늘소 등의 피해를 받을 수 있으며, 기둥, 들보 등 건축부재로 사용하고 있는 소나무가 습기와 접촉된 상태를 오래 유지하고 있을 경우 흰개미의 피해를 받게 된다.

우리나라의 목조문화재의 피해는 72%가 곤충에 의한 것으로 보고되었고(이규식 등, 2000), 이들의 조사에 따르면 목조문화재의 피해는 주로 권련벌레(빗살수염벌레류)(38%), 넓적나무(가루나무좀)(10%), 송곳벌(10%)이 가해원이며, 흰개미에 의한 피해 또한 14%에 이른다. 이중에서 빗살수염벌레는 기둥, 보 등의 목조문화재를 가해하는 주요 곤충이다. 또한 가루나무좀의 경우 부화된 유충은 섬유방향으로 불규칙하게 공도를 뚫고 나간다. 유충이 목재를 극심하게 갉아먹어도 목재의 표면은 그대로 남아 있어 외부에서 유충의 피해를 확인하는데 어려움이 뒤따른다. 빗살수염벌레 또한 유충 단계에서 내부 열화를 발생시키며 성충단계에서 탈출공을 만듦으로써 미관상의 문제를 야기시키기도 한다.

방역 또는 방제기술은 크게 화학적 처리법과 물리적 처리법으로 대별된다(Paull and Armstrong, 1994; Sharp and Hallman, 1994). 화학적 처리법은 메틸브로마이드나 포스핀과 같이 재질의 심층부까지 침투하여 효과를 발휘하는 훈증처리와 표면에 정착하는 해층을 제거하는 비누화 물질 또는 화학농약처리를 포함한다. 반면에 물리적 처리법은 온도(고온 또는 냉각)처리, 환경조절 처리, 방사선 처리 및 이들의 혼합처리를 포함한다. 온도처리는 해충의 온도에 대한 생존한계 범위를 이용한 방제기술이고, 환경조절처리는 높은 농도의 이산화탄소와 낮은 농도의 산소를 결부한 온도 처리를 의미한다(Carpenter and Potter, 1994; Neven and Drake, 2000). 방사선을 이용한 해충의 방제도 물리적 해충방제기술의 범위에 포함되며, 이는 해충의 DNA의 화학결합을 붕괴시킴으로 소독효과를 발휘하게 한다.

기타 물리적 처리법으로는 오존처리(Hollingsworth and Armstrong, 2005; Kells et al., 1999), 마이크로파처리(Ikediala et al., 1999), 라디오주파 열처리(Nelson, 1996; Tang et al ., 2000; Wang et al., 2002), 고압산소처리(Butz and Tauscher, 1995) 및 진공처리(Liu, 2003)를 포함한다.

지금까지 우리나라를 비롯한 세계 여러나라들은 문화재 및 기록물의 살충살균 훈증제로 M.B(Methyl Bromide) 또는 E.O(Ethylene Oxide) 가스를 광범위하게 사용하였다. 특히 M.B와 E.O의 혼합가스에 의한 훈증은 단시간에 효과적인 살충과 살균이 동시에 행해질 수 있기 때문에 문화재 전시 수장시설 등에서 작품의 신규 인수 시나, 매년 또는 격년의 수장품의 정기훈증에 이용되어 왔다.

그러나 1997년 9월, 오존층을 파괴하는 물질에 대한 제 9회 몬트리올 의정서 체약국회의에서 선진국에서는 2004년 말까지 검역 및 출하 전의 처리 등 일부의 용도를 제외하고, M.B 가스의 소비를 전면 금지하도록 결정되었다. 우리나라 또한 2015년부터 사용이 금지될 예정이다. 몬트리올 의정서 회의 이후 앞으로의 살충살균의 대책문제가 크게 이슈화되었으며, 처리현장에서도 어려움이 발생하고 있는 실정이다.

그러나 세계각지에 눈을 돌리면, E.O 가스는 발암성이 문제 및 환경 문제 등 대규모 훈증에 대한 문제의식이 최근 10년 정도로 급격하게 높아지고 있다. 문화재관계시설에서 M.B 가스에 의한 대규모 훈증을 최근까지 빈번하게 행하고 있는 나라는, 국제적으로 우리나라와 일본을 제외하고 거의 없는 상황이다. 이러한 정세로 볼 때, 향후 문화재 해충 및 미생물 방제법의 선택지를 넓히고, 여러 방제법을 본바탕부터 재검토하여 적용해야할 단계에 이르렀다고 말할 수 있다.

탈산소 처리법은 원래 식물저장의 분야에서 개척되었던 것으로, 산소 부족 상태에서 해충을 치사시키는 방법이다. 공기는 대체로 78%의 질소, 21%의 산소, 0.9%의 아르곤, 0.03%의 이산화탄소로 구성되어 있다. 해충의 박멸을 위한 대기 중 산소결핍처리는 이러한 평범한 가스를 치명적인 대기로 만들기 위한 비율의 변경을 의미한다. 특히 저산소 상태에서 온도 및 상대습도의 변화를 함께 주게 되면 해충에 더욱 치명적으로 작용하게 된다.

1990년대부터 문화재의 살충에도 탈산소 처리법의 응용이 시작되었다. 탈산소처리법에는 질소나 아르곤 등의 불활성가스를 이용하는 방법(비교적 대규모인 처리)과, 탈산소제를 이용한 방법(소규모의 처리), 또 이것들을 조합한 방법(중규모의 처리)이 있다. 어느 쪽이든 밀폐공간 내의 산소농도를 0.3% 용량 미만까지 낮추어야 하는 밀폐 기술이 필요하다. 탈산소제에 대해서는 문화재 재질에 영향을 미치지 않는 것을 선택하여야 한다.

또한 국내에서도 정용재 등은 2002년 정향, 유향 및 팔각회향으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 휘발성 추출물을 유효성분으로 하는 문화재 보존용 살생물제 조성물을 직접분무 및 훈증처리법 등으로 문화재를 처리하는 기술에 대해 특허를 받은바 있다(출원번호 1020010003996 , 국립문화재연구소). 이후 2010년 정유와 저산소처리를 병용함으로서 목재 표면오염균 및 부후균, 가해충의 박멸을 위한 상승효과를 극대화한 연구결과를 보고한바 있다(특허 제10-0987036, 국립문화재연구소).

또한 일본에서는 현장에서의 응용 예로써, 직물, 유채화 43점을 시작하여 여러 가지 보고가 있다. 탈산소처리법은 재질에의 안전성이 높다고 여겨져, 미술공예품이나 회화, 직물, 서적, 문서, 표본류 등 일반적으로 섬세한 수장품이 처리 대상이 된다. 안전성을 확보하기 위해서는 도입하는 질소 등의 풍속 및 처리공간의 습도를 적절하게 유지하는 것이 중요하다. 또, 비교적 대형의 수장품이나 통합된 수의 수장품을 처리하는 때에는, 기밀성이 높은 플라스틱 시트로 만든 텐트나 훈증장치의 처리실을 사용하거나, 종래 훈증장치를 개조하여 자동운전으로 질소처리가 가능한 살충처리장치를 사용하는 예도 보고되고 있다.

또한 스페인의 문화유산 연구소(IPCE; Instituto del Patrimonio Cultural de Espa)에서는 목재조각상에 대해 저산소처리 현장적용을 실시한바 있다. 이 목재 조각상은 스페인 무르시아(Murcia)지역의 성당에 있는 것으로 체적이 약 30㎥ 정도이다.

이와 같은 저산소처리는 환경에 무해하고 문화재 재질에 안정하지만 처리기간이 길고 살충효과가 상대적으로 약하다는 단점이 있다. 또한 처리기간이 1~2주 이상 필요하기 때문에 처리시간을 줄이고 살충효과를 증폭하는 방법에 대한 연구가 필요하다.

본 발명은 유기질문화재를 손상시키는 해충류와 미생물을 방제함에 있어서, 친환경적인 방법이면서 처리효과가 극대화된 유기질문화재의 생물방제 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성한 본 발명에 의하면 유기질 문화재를 가온처리하여 유기질문화재를 손상시키는 해충류와 미생물을 방제하는 것을 특징으로 하는 유기질 문화재의 친환경성 생물방제방법이 제공된다.

바람직하게 본 발명에 의하면 상기 가온처리시의 처리온도가 40~50℃인 것을 특징으로 하는 유기질 문화재의 친환경성 생물방제방법이 제공된다.

또한 본 발명에 의하면 유기질문화재를 가온처리와 저산소처리하여 유기질문화재를 손상시키는 해충류와 미생물을 방제하는 것을 특징으로 하는 유기질 문화재의 친환경성 생물방제방법이 제공된다.

바람직하게 본 발명에 의하면 상기 가온처리시의 처리온도가 40~50℃인 것을 특징으로 하는 유기질 문화재의 친환경성 생물방제방법이 제공된다.

본 발명에 따르는 목조 문화재, 서화문화재 등과 같은 유기질문화재의 친환경성 생물방제방법은 기존의 방법에 비하여 유기질문화재를 손상시키는 해충류와 미생물을 보다 단축된 시간 및 보다 향상된 처리효율로 방제하는 것을 가능하게 하며, 이를 이용하면 문화재 보존처리기술을 정립할 것으로 기대된다.

도 1은 4비교예 1(저산소 처리)에서 공시충의 살충 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 비교예 1(저산소 처리)에서 처리경과에 따른 공시균의 균사환 크기를 보여주는 사진이다.
도 3은 비교예 1(저산소 처리)에서 공시균의 살균 실험에서 생장억제율을 도시한 그래프이다.
도 4, 도 5 및 도 6은 본 발명에 따르는 실시예 1(가온처리)에서 공시충의 열처리온도별 살충 실험결과를 도시한 그래프이다. '
도 7은 실시예 1(가온 처리)에서 온도변화에 따라 요구되는 살충 처리 시간(간접노출 - 소나무)을 도시한 그래프이다.
도 8, 도 9 및 도 10은 실시예 1(가온 처리)에서 공시균의 열처리온도별 살균 실험에서 공시균의 균사환 크기를 보여주는 사진이다.
도 11은 실시예 1(가온 처리)에서 온도 변화에 따른 공시균의 생장억제율은 도 시한 그래프이다.
도 12는 실시예 2(융합처리)에서 공시충의 살충 실험결과를 도시한 그래프이다.
도 13은 실시예 2(융합처리)의 공시균의 살균 실험에서 공시균의 균사환 크기를 보여주는 사진이다.
도 14 내지 도 17은 저산소 및 열처리융합시 생장억제율을 비교하여 도시한 그래프들로써, 도 14는 저산소 및 열처리 융합시 공시균의 생장억제율, 도 15는 저산소 및 열처리 융합시 Tyromyces palustris의 생장억제율, 도 16는 저산소 및 열처리 융합시 Trametes versicolor의 생장억제율을 비교하여 나타낸 것이다

이하, 본 발명을 구체적로 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시구현에 따르는 유기질 문화재의 친환경성 생물방제방법은 유기질 문화재를 가온처리하여 유기질문화재를 손상시키는 해충류와 미생물을 방제하는 것이다.

본 발명에 있어서, 유기질문화재를 가온처리할 때 처리온도를 높게 할수록 방제대상 생물의 치사 시간은 짧아지는 경향은 있으나 온도가 너무 높은 경우에는 유기질 문화재에 손상을 줄 수 있다. 직접처리의 경우에는 50℃ 이하의 온도로 처리하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르는 생물방제방법에서 유기질문화재의 적정한 가온처리온도는 40~50℃, 보다 바람직하게 40~45℃이다.

본 발명의 다른 실시구현에 따르는 유기질 문화재의 친환경성 생물방제방법은 유기질문화재를 가온처리함과 동시에 저산소처리하여 유기질문화재를 손상시키는 해충류와 미생물을 방제하는 저산소처리 및 가온처리의 융합이다. 이러한 융합방법을 이용하면 유기질문화재를 손상시키는 해충류와 미생물의 방제처리효과를 극대화시킬 수 있게 된다. 이 방법을 이용하면 저산소처리기간을 단축과 살충·살균의 상승시키는 효과를 얻을 수 있다. 저산소처리는 유물에 대한 손상이 거의 없으나 곤충이 죽기까지 소요되는 기간이 길게 소요된다. 유물에 큰 영향을 주지 않는 가온처리온도에서 저산소처리를 실시하면 유물에 물리적인 영향을 주지 않으면서 방제대상생물의 치사 시간을 단축할 수 있게 된다.

상기한 바와 같은 본 발명의 특징 및 기타의 장점은 후술되는 실시예로부터 보다 명백하게 될 것이다. 단, 본 발명이 하기 실시예로 제한되는 것은 아니다.

[비교예 1. 저산소처리]

50㎝×50㎝×40㎝(내부 용적 0.1㎥), 두께 2.5㎝인 밀폐 아크릴 데시게이터를 제작하였다. 데시게이터는 내부를 진공상태로 유지할 수 있게 제작되었으며, 고정(Static) 방식으로 실험을 진행하였다. 진공상태(-0.04MPa)에서 1기압에 도달할 때까지 질소가스 주입을 반복하는 고정식(Static) 방법을 사용하여 데시게이터 내부 산소농도를 0.1%로 유지하였다. 처리기간은 7일로 하였다.

실험재료

목재 내부에서 생장하는 공시충, 공시균의 살충 효과를 간접적으로 확인하기 위하여 간접 노출 조건을 설정하였다. 소나무, 느티나무의 중심에 직경 2㎝, 높이 8㎝의 구멍을 뚫고 구멍 내부에 들어갈 수 있는 1.5ml 미세관에 공시충인 흰개미, 쌀바구미, 궐련벌레 성충 각각 50개체를 선별하여 넣었다. 공시균은 직경 5mm인 Cork borer로 떼어낸 균사의 선단부 3개체를 1.5ml 미세관에 넣었다. 미세관의 뚜껑을 절단하고 입구는 질소 주입이 가능하도록 면 소재의 망으로 밀봉하였다. 저산소 환경에 노출시키는 직접 노출의 경우 공시충, 공시균을 넣은 1.5ml 미세관을 목재의 옆면에 부착하였다.

처리 후 실험에 사용되었던 균사 3개체를 배지에 접종하여 배양한 후 버니어캘리퍼스를 사용하여 균사환의 직경 크기를 측정하였다. 크기는 mm 단위로 측정하였으며 처리에 대한 생장억제율은 3개체 크기의 평균값을 구하고 대조군과 비교하여 나타내었다.

[실시예 1. 가온처리]

항온항습기 (TH-ME-100, JEIOTECH)를 사용하여 일정한 온도로 유지하고 열손실을 최소화하기 위해 단열재로 2m×1m×1m의 공간을 추가적으로 제작하였으며 공간 내부에 밀폐 데시게이터를 넣어 저산소 환경이 유지되도록 하였다. 단열된 공간에는 미니온풍기(CN3487, TESS) 2대를 연결하여 밀폐 데시게이터 내부 온도를 일정하게 유지하였다. 처리조건은 45℃, 15시간; 55℃, 10시간 ; 65℃, 5시간으로 하였다.

실험재료

목재 내부에서 생장하는 공시충, 공시균의 살충 효과를 간접적으로 확인하기 위하여 간접 노출 조건을 설정하였다. 소나무, 느티나무의 중심에 직경 2㎝, 높이 8㎝의 구멍을 뚫고 구멍 내부에 들어갈 수 있는 1.5ml 미세관에 공시충인 흰개미, 쌀바구미, 궐련벌레 성충 각각 50개체를 선별하여 넣었다. 공시균은 직경 5mm인 Cork borer로 떼어낸 균사의 선단부 3개체를 1.5ml 미세관에 넣었다. 미세관의 뚜껑을 절단하고 입구는 면 소재의 망으로 밀봉하였다. 저산소 환경에 노출시키는 직접 노출의 경우 공시충, 공시균을 넣은 1.5ml 미세관을 목재의 옆면에 부착하였다.

처리 후 실험에 사용되었던 균사 3개체를 배지에 접종하여 배양한 후 버니어캘리퍼스를 사용하여 균사환의 직경 크기를 측정하였다. 크기는 mm 단위로 측정하였으며 처리에 대한 생장억제율은 3개체 크기의 평균값을 구하고 대조군과 비교하여 나타내었다.

[실시예 2. 저산소처리와 가온처리의 병용]

저산소처리는 비교예 1과 동일하며, 가온처리는 실시예 1과 동일한 방법으로 추가적으로 40℃ 온도를 유지시킨다. 온도를 유지하고 열손실을 최소화하기 위해 단열재로 2m×1m×1m의 공간을 추가적으로 제작하였으며 공간 내부에 밀폐 데시게이터를 넣어 저산소 환경이 유지되도록 하였다. 단열된 공간에는 미니온풍기(CN3487, TESS) 2대를 연결하여 밀폐 데시게이터 내부 온도를 일정하게 유지하였다. 처리조건은 45℃, 15시간; 55℃, 10시간 ; 65℃, 5시간으로 하였다.

실험재료

목재 내부에서 생장하는 공시충, 공시균의 살충 효과를 간접적으로 확인하기 위하여 간접 노출 조건을 설정하였다. 소나무, 느티나무의 중심에 직경 2㎝, 높이 8㎝의 구멍을 뚫고 구멍 내부에 들어갈 수 있는 1.5ml 미세관에 공시충인 흰개미, 쌀바구미, 궐련벌레 성충 각각 50개체를 선별하여 넣었다. 공시균은 직경 5mm인 Cork borer로 떼어낸 균사의 선단부 3개체를 1.5ml 미세관에 넣었다. 미세관의 뚜껑을 절단하고 입구는 면 소재의 망으로 밀봉하였다. 저산소 환경에 노출시키는 직접 노출의 경우 공시충, 공시균을 넣은 1.5ml 미세관을 목재의 옆면에 부착하였다.

처리 후 실험에 사용되었던 균사 3개체를 배지에 접종하여 배양한 후 버니어캘리퍼스를 사용하여 균사환의 직경 크기를 측정하였다. 크기는 mm 단위로 측정하였으며 처리에 대한 생장억제율은 3개체 크기의 평균값을 구하고 대조군과 비교하여 나타내었다.

실험결과

1. 비교예 1(저산소처리)의 효과 평가

가. 공시충의 살충 효과 평가

공시충의 살충 실험결과는 표 1 및 도 1의 그래프에 제시되는 바와 같다. 흰개미의 경우 저산소처리 3일 후에 직접 노출과 간접 노출 조건에서 모두 100% 사충율을 나타나내었다. 처리 1일 후에도 약 40% 이상의 사충율을 나타내었으므로 2일간 처리하였을 경우에도 100%에 가까운 사충율을 보일 것으로 추정된다. 또한 처리 1일에서 목재 내부에 간접 노출한 경우보다 저산소 환경에 직접 노출한 조건에서 약 15% 높은 사충율을 나타내었으므로 실제 목재 내부에서 활동하는 흰개미를 죽이는 데 더 많은 시간이 필요할 것으로 판단된다.

쌀바구미는 처리 5일 후에 직접 및 간접 노출 조건까지 100% 사충하는 것으로 확인되었다. 처리 1일 후에는 살충의 효과가 거의 나타나지 않은 반면, 처리 3일 후에 사충율이 50% 이상 나타났으므로 1일간 처리할 경우 숨을 쉬고 활동하는 데에 지장이 없다가 처리 3~4일이 경과하는 동안 공존 산소의 부족으로 치사하는 것으로 판단된다.

궐련벌레는 처리 10일 후 직접 및 간접 노출 조건에서 사충율 100%를 나타내었다. 궐련벌레는 알(egg) 단계에서 저산소 처리에 대한 내성이 가장 높은 것으로 보고되었으며, 그 보다 내성이 적은 것으로 알려진 성충의 경우에도 100%의 사충율을 보이는 데 다소 긴 시간이 요구되었다. 처리 7일 후에는 직접 노출의 경우 사충율 52%를 나타내었으므로 8~9일간 처리할 경우 직접 노출된 궐련벌레는 100%의 사충율을 보일 것으로 추정된다.

나. 공시균의 살균 효과 평가

저산소처리 조건에 따라 7일간 처리를 진행하였다. 실험결과는 표2에 제시되는 공시균의 균사환의 직경크기, 도 2의 사진 및 도 3의 그래프(생장억제율)에 제시되는 바와 같다.

갈색부후균(Tyromyces palustris)은 7일간 처리를 실시하고 배양한 결과, 직접 노출 조건에서 24.48%, 간접 노출 조건인 소나무 시편에서 24.04%, 느티나무 시편에서 16.95%의 생장억제율을 나타내었다. 또한 직접 노출 조건과 간접 노출 중 소나무 시편에서의 생장억제율에 비해 느티나무 시편의 생장억제율이 약 12% 정도 낮은 것으로 보아, 활엽수인 느티나무 내부에 질소 가스의 침투가 다소 어려운 것으로 판단된다.

백색부후균(Trametes versicolor)은 7일간 처리를 실시하고 배양한 결과, 직접 노출 조건에서 25.67%, 간접 노출 조건인 소나무 시편에서 25.49%, 느티나무 시편에서 20.26%의 생장억제율을 나타내었다.

표면오염균(Aspergillus niger)은 7일간 처리를 실시하고 배양한 결과, 직접 노출 조건에서 52.36%, 간접 노출 조건인 소나무 시편에서 46.24%, 느티나무 시편에서 34.35%의 생장억제율을 나타내었다. 따라서 표면오염균의 경우 부후균에 비해 저산소처리에 대한 효과가 약 2배 이상 높은 것으로 판단된다.

목재를 부후시키는 갈색부후균과 백색부후균의 직접 노출 및 간접 노출 조건에서 모두 약 25%의 생장억제율을 보임에 따라 실제 저산소처리를 실시할 경우 살균에 대한 효과를 보기는 어려울 것으로 판단되며, 단순히 균의 생장 속도를 저하시키는 것으로 판단된다.

2. 실시예 1의 효과 평가

가. 공시충의 살충 효과 평가

공시충의 열처리온도별 살충 실험결과는 표 3 및 도 4의 그래프(45℃), 표 4 및 도 5의 그래프(55℃), 표 5 및 도 6의 그래프(65℃)에 제시되는 바와 같다. 온도변화에 따라 요구되는 살충 처리 시간(간접노출 - 소나무)은 도 7의 그래프에 제시되는 바와 같다.

외부 환경에 직접 노출된 흰개미는 온도가 높아짐에 따라 45℃에서 220분, 55℃에서 40분, 65℃에서 20분 만에 100% 사충율을 보였다. 이는 대기 중의 환경에 있던 흰개미가 급격한 온도 변화에 노출됨에 따라 사충에 이르는 시간이 급격하게 줄어드는 것으로 판단된다. 목재 내부 환경에서 서서히 온도가 올라가는 간접 노출의 경우 소나무 시편에서는 45℃에서 260분, 55℃에서 140분, 65℃에서 90분 만에 100% 사충율을 나타내었다. 느티나무 시편의 경우 45℃에서 280분, 55℃에서 140분, 65℃에서 90분으로, 소나무 시편과 같거나 처리 시간이 조금 더 경과한 후에 100% 사충율을 나타내었다. 직접 노출과 간접 노출의 100% 살충에 필요한 처리 시간을 비교할 때, 45℃에서 60분, 55℃에서 100분, 65℃에서 70분의 차이가 나타났으며, 이를 통해 실제 목조 건축물 내부에서 생장하는 흰개미를 처리할 때에는 기존 실험에서 요구되는 처리 시간보다 1~2시간 이상 처리해야 할 것으로 사료된다.

외부 환경에 직접 노출된 쌀바구미는 온도가 높아짐에 따라 45℃에서 280분, 55℃에서 60분, 65℃에서 30분 만에 100% 사충율을 보였다. 간접 노출의 경우 소나무 시편에서는 45℃에서 320분, 55℃에서 180분, 65℃에서 120분 만에 100% 사충율을 나타내었다. 느티나무 시편의 경우 45℃에서 340분, 55℃에서 200분, 65℃에서 120분 후에 100% 사충율을 나타내었다. 직접 노출과 간접 노출의 100% 살충에 필요한 처리 시간을 비교할 때, 45℃에서 60분, 55℃에서 140분, 65℃에서 90분의 차이가 나타났다.

외부 환경에 직접 노출된 궐련벌레는 온도가 높아짐에 따라 45℃에서 280분, 55℃에서 60분, 65℃에서 20분 만에 100% 사충율을 보였다. 간접 노출의 경우 소나무 시편에서는 45℃에서 300분, 55℃에서 160분, 65℃에서 110분 만에 100% 사충율을 나타내었다. 느티나무 시편의 경우 45℃에서 320분, 55℃에서 200분, 65℃에서 120분 후에 100% 사충율을 나타내었다. 직접 노출과 간접 노출의 100% 살충에 필요한 처리 시간을 비교할 때, 45℃에서 40분, 55℃에서 140분, 65℃에서 100분의 차이가 나타났다.

간접 및 직접 노출 조건에서 쌀바구미와 궐련벌레는 유사한 처리 시간 내에 치사하는 것으로 확인되었으며, 쌀바구미의 가온처리에 대한 내성이 가장 큰 것으로 확인되었다.

나. 공시균의 살균 효과 평가

각 온도처리 조건에 따라 5일간 처리를 진행하였다.

공시균의 열처리온도별 살균 실험결과는 표 6 및 도 8의 사진(45℃), 표 7 및 도 9의 사진(55℃), 표 8 및 도 10의 사진(65℃)에 제시되는 바와 같다. 온도 변화에 따른 공시균의 생장억제율은 도 11의 그래프에 제시된다.

갈색부후균 Tyromyces palustris는 5일간 45℃ 온도처리를 실시하고 배양한 결과, 성장이 나타나지 않는 것으로 보아, 온도에 의해 사멸된 것으로 판단되었다. 또한 더 높은 온도인 55℃, 65℃에서도 생장이 나타나지 않는 것을 확인하였다.

백색부후균 Trametes versicolor는 갈색부후균 Tyromyces palustris와 동일하게 5일간 45℃ 온도처리를 실시하고 배양한 결과, 성장이 나타나지 않았다. 또한 더 높은 온도인 55℃, 65℃에서도 생장이 나타나지 않는 것을 확인하였다.

표면오염균 Aspergillus niger는 45℃ 처리 이후 25% 내외의 생장억제율을 보였다. 55℃에서도 유사한 결과를 나타내었으며 사멸되지는 않는 것으로 나타났다. 그러나 가장 높은 온도처리인 65℃로 실험한 결과, 배양 시에 성장이 나타나지 않는 것으로 확인되어 온도처리에 의해 균이 사멸된 것으로 판단되었다.

목재를 부후시키는 갈색부후균과 백색부후균은 45℃의 비교적 중온 처리에 의해서도 100%의 생장억제율을 보임에 따라 부후균에 의한 손상을 입는 지류, 목재 등의 유기질 문화재의 경우 45℃ 내외의 온도처리에 의해 균을 사멸시키는 효과를 볼 수 있을 것으로 판단된다.

3. 실시예 2의 효과 평가

가. 공시충에 대한 살충 효과 평가

공시충의 살충 실험결과는 표 9 및 도 12의 그래프에 제시되는 바와 같다.

50℃ 보다 높은 온도로 처리하는 경우 유기질로 이루어진 목조 문화재에 대한 직접적인 처리의 안정성에 문제가 발생할 수 있으므로 비교적 중온에 속하는 40℃에 대한 온도처리를 저산소처리와 융합하였다. 실험 결과, 온도처리의 특성상 처리 시간이 매우 빠르게 단축되는 것을 확인하였다.

흰개미의 경우 처리 1시간 이후에는 살충 효과가 50%에 가깝게 나타났으며, 180분 이후에는 100% 사충율을 보였다. 저산소처리와 비교할 경우, 100% 치사에 걸리는 시간이 3일에서 180분으로 매우 단축되었다. 이는 45℃ 온도 처리에서 100% 사충율이 확인되는 280분에 비해서도 100분 가량 단축되어 약 2배의 효과를 보였으며, 이는 중온의 열처리와 저산소처리의 상승효과인 것으로 판단된다.

쌀바구미는 처리 120분 이후에 약 20%의 사충율을 보였으며 처리 180분 이후에는 사충율이 100%로 급격히 증가하였다. 저산소처리와 비교할 경우, 처리 5일 이후에서 180분으로 단축되었으며 45℃ 온도처리와 비교하여도 100% 사충율이 나타난 340분보다 160분 단축되었다.

궐련벌레는 처리 120분 이후에 약 30%의 사충율을 보였으며 흰개미, 쌀바구미와 마찬가지로 처리 180분 이후에 100%로 나타났다. 저산소처리와 비교할 경우, 100% 사충율이 확인되는 10일에 비해 시간이 확실히 단축되었으며, 45℃와 비교하여도 100% 사충율이 나타난 320분보다 140분 단축되었다.

나. 공시균의 살균 효과 평가

각 온도처리 조건에 따라 7일간 처리를 진행하였다.

공시균의 살균 실험결과는 표 10 및 도 13의 사진에 제시되는 바와 같다.

갈색부후균 Tyromyces palustris는 7일간 처리를 실시하고 배양한 결과, 직접 노출 조건에서 99.23%, 간접 노출 조건인 소나무 시편에서 87.91%, 느티나무 시편에서 33.96%의 생장억제율을 나타내었다. 또한 직접 노출 조건과 간접 노출 중 소나무 시편에서의 생장억제율에 비해 느티나무 시편의 생장억제율이 약 50% 이상 낮은 것으로 보아, 활엽수인 느티나무 내부에 질소 가스의 침투가 다소 어려운 것으로 판단된다. 저산소처리 이후의 생장억제율과 비교해 볼 경우, 직접노출 및 간접노출 중 소나무 시편에서는 4배 이상의 효과가 나타났으므로, 온도처리에 의한 영향이 크게 작용한 것으로 판단된다.

백색부후균 Trametes versicolor는 7일간 처리를 실시하고 배양한 결과, 직접 노출 및 간접 노출 조건에서 모두 100%의 생장억제율을 나타내었다. 저산소처리 이후의 생장억제율과 비교 할 경우에도 모든 조건에서 4배 이상의 효과를 나타내었다.

표면오염균 Aspergillus niger는 7일간 처리를 실시하고 배양한 결과, 직접 노출 조건에서 55.83%, 간접 노출 조건인 소나무 시편에서 24.98%, 느티나무 시편에서 15.81%의 생장억제율을 나타내었다. 그러나 저산소처리 이후의 생장억제율과 비교할 경우 효과가 거의 없거나 오히려 생장억제율이 떨어지는 것으로 확인되었다. 따라서 Aspergillus niger의 경우 40℃ 중온의 열처리에 대한 영향이 없는 것으로 판단된다.

목재를 부후시키는 갈색부후균과 백색부후균의 직접 노출 및 간접 노출 조건에서 모두 100%에 가까운 생장억제율을 보임에 따라 실제 저산소처리 및 열처리를 실시할 경우 비교적 중온에서 저산소 환경을 유지함으로써 살균 효과를 높일 수 있는 것으로 판단된다.

상기한 실험결과로부터 알 수 있는 바와 같이 살충법으로는 저산소처리, 가온처리, 저산소/가온 융합처리 모두 적용 가능하나, 살균처리 시에는 가온처리 또는 저산소/가온 융합처리를 실시하는 것이 효과적임을 알 수 있다. 따라서 유기질문화재를 손상시키는 해충류와 미생물을 친환경적으로 방제하는 데에는 본 발명에 따라 가온처리 또는 저산소/가온 융합처리를 하는 것이 필요함을 알 수 있다. 도 14의 그래프는 저산소 및 열처리 융합 시 공시균의 생장억제율, 도 15의 그래프는 저산소 및 열처리 융합 시 Tyromyces palustris의 생장억제율, 도 16의 그래프는 저산소 및 열처리 융합 시 Trametes versicolor의 생장억제율을 비교하여 나타낸 것이다.

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3. 가온처리의 처리온도가 40~50℃이고 저산소처리하여 유기질문화재를 손상시키는 해충류와 미생물을 방제하는 것을 특징으로 하는 유기질 문화재의 친환경성 생물방제방법.
   
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