목재의 구조

목재의 구조

 

목재는 2차목부라고도 알려져 있는 복잡한 생물질로써 유관속형성층의 활동에 의한 2차생장(비대생장)의 결과에 따라 대부분의 종자식물과 많은 피자식물의 수간과 뿌리에 발달하게 되는 조직체이다.
이와 같은 목재는 세포의 분화 과정중 세포질의 활동에 의하여 퇴적된 두꺼운 세포벽들이 모여 이루어진 집합체인데 세포질은 세포벽의 퇴적 종료후 생활기능을 잃어버리게 되므로 결국 목재를 구성하게 되는 대부분의 세포에는 어더한 살아있는 내용물도 남아있지 않게 된다.

1. 침엽수재와 활엽수재
목재는 일반적을 연재(軟材, softwood)라고도 불려지고 있는 침엽수재와 경재(硬材, hardwood)라고도 불려지고 있는 활엽수재의 두 부류로 크게 나누어지고 있는데 이들 연재와 경재라는 용어는 중세 목재시장에서 유래된 명칭이다.
나자식물의 목재인 침엽수재는 소량의 유세포를 제외하고는 대부분 가도관으로 구성되어 있다. 따라서 소나무류, 가문비나무류 및 젓나무류와 같은 침엽수 목재는 조직이 균일하기 때문에 가공하기가 비교적 용이한 편에 속한다.
한편 피자식물의 쌍자옆식물에 속하는 수목의 목재인 활엽수재는 두꺼운 세포벽을 지니는 목섬유 이외에도 다양한 종류의 세포를 지니고 있기 때문에 침엽수재보다는 상대적으로 가공하기 어려운 경우가 많아 목재시장에서는 전통적으로 경재라고 불려져 왔다.
그러나 단단한 조직의 목재나 연한조직의 목재는 침엽수재나 활엽수재에 관계없이 이들 모두에 존재하기 때문에 경재와 연재라는 용어는 실제적으로 잘못 붙여진 명칭이 되고 있다.
예를 들면 발사(balsa wood : Ochroma sp.)는 매우 연한 조직의 목재, 즉 연재에 해당되나 피자식물에 속하므로 정의상 경재(활엽수재)로 분류되고 있다.
목부를 구성하는 세포벽 물질의 비중은 모든 목본식물에 있어 큰 차이없이 다소 일정하므로 특정목재의 밀도와 경도는 주로 두꺼운 벽을 지니는 세포의 양에 의해 주로 좌우된다.
따라서 발사 목재는 얇은 벽을 지니는 유세포를 다량 지니고 있기 때문에 매우 가벼운 부류의 목재에 속하게 되는데 두꺼운 벽을 지니는 세포를 다량 지니는 목재일수록 그만큼 더 무겁고 단단해지게 된다.

2. 목재를 구성하는 세포의 형태
다소 구형을 나타내는 세포들로 구성되어 있는 식물체의 기본조직과는 달리 목재를 구성하게 되는 대부분의 세포는 길이 방향으로 길게 신장된 형태를 지니고 있어 양호한 통도기능과 축방향으로의 지지기능을 수행하는데 있어 매우 적절한 구조가 되고 있다.
모든 목재 세포는 ‘수축(樹軸)에 평행인 방향-축방향’ 과 ‘수축(樹軸)에 직각인 방향-방사방향’ 으로 배열되어 있는데 목재를 수축에 직각인 방향의 단면과 수축에 평행인 방향의 단면(횡단면)으로 절단하여 조사해 보면 세포 배열에 따른 구조를 쉽게 이해할 수가 있다.
세포의 배열 방향에 따른 이러한 기본단면은 광학현미경 관찰용 목재 절삭편 및 주사전자현미경 검경용 목편의 관찰면 제작시 이용되고 있다. 절삭된 6면체 목편의 사진에는 횡단면(TF), 접선단면(TLF) 및 방사단면(RLF)이 각각 표시되어 있다.


활엽수재의 목재 
횡단면(TF), 접선단면(TLF) 및 방사단면(REF)이 나타나 있으며 축방향의 요소인 도관요소(V) 및 목섬유(F) 와 방사방향의 요소인 방사조직(R) 사이의 관계가 3단면상에 명확하게 드러나 있음. 목재 시편으로부터 3단면 모두를 한번에 깨끗하게 절삭하기가 어렵기 때문에 대부분의 목재에서 3단면 특성을 동시에 관찰하기란 실제적으로 불가능한 경우가 많음. 횡단면/접선단면/방사단면 × 140

3. 생장층
대부분의 목본성 식물은 연속적인 생장을 이루기보다는 오히려 주기적인 생장을 나타내게 되는데 신장생장 및 수간의 비대생장 모두 이런 특성을 보이고 있다.
온대지역에 있어서 이러한 주기성은 계절의 변화와 관련성이 있는데 봄과 여름에 가장 왕성한 생장을 이루다가 그 후 부분적인 동면을 거쳐 추운 겨울철에 이르게 되면 완전한 동면상태에 들어가게 된다. 열대 지역에 있어서는 그 생장이 연속적이거나 간헐적일 수가 있는데 온대 지역에서처럼 환경의 계절적인 변화와 연관시키기가 그리 쉽지 않다.
온대지역의 수목의 경우 계절에 따른 생장의 형태가 목재내에서 일련의 생장층인 생장륜으로 나타나게 되는데 이들은 횡단면과 방사단면에서 쉽게 관찰 할 수가 있다.
온대지역에서의 이러한 생장륜은 정상적으로 1년에 단 1개만 형성되므로 연륜(나이테)이라고 불려지게 되는데 한 연륜내에서도 계절에 따라 세포 크기와 모양 및 세포벽의 두께에 차이가 나타나기 때문에 횡단면상에서 육안으로도 쉽게 연륜이 구분되고 있다.
생장륜이 연륜인 경우에는 수간 중심부의 형성층 사이의 수를 측정하여 그 부위에서의 수간 나이를 결정할 수 있다.
그러나 모든 생장층이 반드시 1년에 단 1개만 형성되는 것은 아니다.
온대지역에서 생장하는 수목의 경우에도 기온의 변화 및 가뭄 기간과 같은 기후의 변화에 따라 형성층의 활동이 위축되거나 또는 중단될 수 있으므로 결국 위연륜(僞年輪)이 형성되기도 한다.
또 한 수목에 있어서 형성층의 자극은 위로부터 아래로 발달되기 때문에 수간의 상부에 발달된 연륜이 수간의 하부에 이르러서는 그 폭이 더 좁아지거나 심지어는 존재하지 않게 되는 경우도 더러 있다.
일부 수목에서는 부분적이 생장륜인 불연속연륜(lens라고도 불려짐)이 형성되기도 하는데 이는 생장 기간동안 수간을 원주 모양으로 둘러싸고 있는 형성층 가운데 일부분만이 활발한 활동을 이루기 때문에 발달하게 된다.
열대 지역에 있어서는 환경조건이 덜 제약적이므로 온대 지역보다도 그 생장기간이 더 긴 경향이 있다.
그러나 이와 같이 생장조건이 더 양호하다고 할지라도 생장은 항상 연속적인 것은 되지 못하고 있다.
열대재의 생장층은 동면이라는 연주기성보다는 우기와 건기의 반복에 의해 형성되므로 1년에 여러개의 생장륜이 발달될 수 있으며 더욱이 균일한 생장조건하에서는 생장륜이 전혀 발달되지 않는 경우도 있을 수 있다.
생장륜이 연륜일 경우에는 형성층의 활동이 활발한 생장초기에 형성된 세포들은 조재(早材) 또는 춘재(春材)를 구성하게 되고 생장 말기에 이르러 형성층에 의해 형성된 세포들은 만재(晩材) 또는 추재(秋材)를 구성하게 된다.
춘재와 추재 사이의 경계부는 연륜계라고 불려지고 있는데 한 연륜의 추재부 세포와 다음 연륜의 춘재부 세포 사이의 차이 정도에 따라 연륜계의 명확도가 달라지게 된다.
침엽수재의 가도관은 연륜계를 중심으로 하여 세포벽 두께와 세포내강의 직경에 차이가 나타나게 되며 활엽수재의 목섬유 역시 이와 비슷한 차이를 보이게 된다.
그러나 활엽수재는 매우 다양한 종류의 세포들로 구성되어 있기 때문에 침엽수재보다도 연륜내에서의 세포 배열에 있어 더 심한 변이성이 나타나게 된다.
결과적으로 활엽수재의 연륜계는 개개 세포들의 벽 두께 및 세포내강의 직경차이에 의해서 뿐만 아니라 구성 세포의 종류에 의해서도 구분되어진다.
연륜에 관한 연구는 매우 다양한 분야를 지니는 고학인 연륜사학(dendrochronology)의 대상이 되고 있다.

4. 변재와 심재
일부 수목의 수간을 횡단면상에서 관찰하여 보면 중심부에 짙은 색을 띠는 심재가 그리고 가장자리부분에 옅은 색을 띠는 변재가 형성되어 있음을 알 수가 있는데 심재가 수간 내부에서 차지하게 되는 반경의 비율은 수령에 따라 달라지게 된다.
일반적으로 유령목에 있어서는 수간의 대부분이 변재로 이루어져 있으나 수령의 증가에 따라 심재가 수간내에서 차지하게 되는 반경의 비율이 점점 커지게 되며 노령목에 이르러서는 변재가 수피 안쪽으로 매우 좁은폭의 원주대를 형성할 정도로 미약하게 발달되는 경우도 있다.
심재와 변재는 재색을 기준으로 하여 구분하는 것이 일반적인 방법이나 심재와 변재의 엄밀한 정의에 따른다면 이것은 분명히 잘못된 구분 방법이다.
변재는 통수세포에 의해 통도기능이 활발히 이루어지고 있는 부분으로써 살아있는 축방향유세포 및 방사유세포에 의한 수목의 생리적 활동이 왕성한 2차목부의 조직이다.
심재로의 이행은 유출물 등이 세포내에 퇴적됨에 따라 이루어지게 되는데 일부 활엽수재의 경우 에는 심재화 과정에 따라 타일로시스(tyloses)도 함께 발달하게 된다. 그 후 모든 생활세포들은 죽게 되고 결국 생리적인 기능을 잃어버린 죽은 조직인 심재가 형성되는 것이다. 많은 수목에 있어서 수간의 중심부가 기능상으로는 심재화 되어 있다고 할지라도 변재와는 아무런 재색 차이를 보이지 않는 경우도 더러는 있다.