리기테다소나무 종자생산 기반조성 연구 (2023년 수행과제)

리기테다소나무 종자생산 기반조성 연구

1. 용역명

 리기테다소나무 종자생산 기반 조성연구

2. 용역 개요

가. 용역배경 및 목적

 리기테다소나무는 추위에 강하고 척박한 땅에서도 잘 자라는 리기다소나무와 생장과 재질이 우수한 테다소나무 간 형질결합을 목적으로 1950년대 현신규박사에 의해 육성된 생장과 재질이 우수하며 내한성이 강한 잡종일대소나무 임(재적생장 리기다소나무 대비 2.5배).

 하지만, 형질결합의 요체인 F1 종자생산이 인건비 상승과 사회 여건 변화로 대량생산의 차질과 이의 대안으로 F2 종자 활용으로 인한 형질 발현의 불안정성, 식재방법의 부적절 등으로 현재는 조림 수요가 급격히 감소

 본 과제는 우수한 생장과 좋은 형질 및 소나무류 주요 병해충에 대한 내성을 지닌 리기테다소나무를 주요 조림수종으로 채택에 판단기준이 될 생장 및 적응 실태를 파악하고 또한, 확대 보급에 제약 요소인 F1 종자와 같은 양질의 번식자원 생산 기반 조성에 필수적인 기술적 방안을 마련하고자 함.

나. 용역 범위

(1) 용역 기간: 2023년 4월 27일 ∼ 11월 30일

(2) 용역 범위

 리기테다소나무 조림지 실태조사

 주요 조림 수종으로 구비요건 분석 및 F1종자 등 양질의 번식자원 확보방안 모색

 준 인공교배를 위한 채분 및 교배원 조성에 필요한 우량 개체 확보, 교배원 및 채분원 조성 등에 관련된 기반기술 발굴 및 시연

3. 용역 내용 및 조사방법

가. 리기테다소나무 F1 기존 조림지 실태조사

 1960년대부터 1970년대 초반 조림한 리기테다소나무 F1 조림지 현존 여부 조사

나. 조림지 생장 조사

 리기테다소나무 식재지 중에서 분포와 생장 상태를 확인하고, 일정 크기의 면적을 가지면서 비교적 정상적인 생장을 보이는 임분을 찾아 조사 지점을 선정

 조사 지점의 행정구역과 좌표 및 현재 임지의 상황을 기록하고 해당 임지의 성립 이력을 사업보고서 등을 통해 소유 및 관리 상황도 함께 검토

 수고 및 직경 생장량은 현장에 설치한 표본조사구 내에서 측정한 개체목의 흉고직경과 수고를 이용하여 평균 흉고직경과 최대 흉고직경, 평균 수고와 최대 수고를 구함.

다. 조림 잠재력 분석 및 F1 종자 등 번식자원 확보방안 모색

 실태조사 결과를 근거로 조림 잠재력 및 종자 유래에 따른 생육특성 분석

 선행연구, 사례 등에 근거하여여 다양한 방안 상정 → △G, 기술·비용, 실현 가능성, 가성비 등 고려 최적 방안 검토

라. 준 인공교배를 위한 양친원(교배원 및 채분원) 확보 등 기반 마련

 우량개체 확보 : 이미 선발된 수형목(150본) 위주로 활용 가능성 파악(EPS 30 이상 목표)

 우량개체 선발과 선발 모집단에 대한 임분조사로 조림 및 육종관련 기초 자료 확보

마. 리기테다소나무 F1 인공교배 관련 기술 확립 및 시연

 화분 채취 : 화분비산 직전 수꽃 송이를 채취하여 건조 후 탈분 과정을 거쳐 교배시 까지 저장

 인공교배는 충주 리기다소나무 클론보존원 겸 채종원에서 수행

 준 인공교배는 교배대를 씌우지 않고 모계수 수꽃을 제거 후 화분 분사로 자연 상태에서 교배 유도

4. 리기테다소나무 F1유래 생장 조사

가. 조사대상지

 전국적으로 식재한 시험 조림지가 지금까지 일부 남아 있으며, 이와 함께 도 산림환경연구소(당시 도 임업시험장)에 조성한 임분을 대상으로 생장 특성 조사를 진행하였음.

나. F1 조림지 생장량 및 생장률

 시험조림지의 조사구별 평균흉고직경은 25.8~54.9cm의 범위로 나타남. 대전과 전남북 등 남쪽에 있는 임분은 대체로 평균흉고직경이 40cm를 넘는 생장을 보였음.

 리기테다소나무 시험조림지의 평균수고는 전남 지역이 28.5m로 가장 높았고 대전 27.8m, 전북 25.5m로 나타났음. 최대수고는 대부분 30m가 넘었으며, 전남에서는 수고 36.6m의 초우량 개체도 관측되었음.

 전체 조사구에 대한 단목의 평균 재적은 1.513㎥로 조사되었음. 지역별로는 전남 지역이 2.595㎥으로 가장 높고 다음으로 전북 2.260㎥, 대전 1.875㎥, 충북 1.204㎥ 그리고 경기 0.662㎥으로 남부에서 북부로 갈수록 비례하여 낮아지는 경향을 보였음.

 단위면적(ha)당 평균 임목축적은 충북과 강원이 595.7㎥와 576.2㎥로 가장 높고 전남 543.4㎥, 전북 420.7㎥, 대전 502.8㎥, 그리고 경기는 319.1㎥으로 나타났음.

 리기테다소나무의 연평균 재적생장량(Mean Annual Increment)은 8.085㎥/ha/yr로 나타났으며, 이는 리기다소나무 임분수확표에서 지위지수 18, 임령 60년일 때의 연평균생장량 7.10㎥/ha/yr보다 높은 값을 보임.

 리기테다소나무의 최근 5년간 직경생장량은 최소 0.45mm에서 최대 1.94mm로 나타났으며, 정기평균직경생장률은 1.25%였음. 현재 남아 있는 일반 리기테다소나무 조림지의 생장은 이상적인 법정 상태의 리기다소나무의 기대 생장보다 더 우수한 것으로 평가할 수 있음.

5. 조림 가치 및 F1 종자 확보방안 모색

가. 리기테다소나무 잡종종자 대량생산 방법 및 약사

 인공교배: 가장 안정되고 확실한 방법이지만 야외에서 거대한 임목을 상대로 진행됨으로 사전 철저한 준비와 그 과정이 복잡하고 비용이 많이 들어 대량의 F1 종자를 생산할 수 없음.

 자연 인공교배 채종원: 1959년도에 전라남도 광양 서울대학교 남부 연습림내에 자연 잡종채종원 10ha를 조성하여 두 수종 간 개화시기를 조사한 결과 테다소나무는 4월 하순경에 리기다소나무는 5월 상순경에 꽃이 피어 개화기 불일치로 잡종종자 생산이 어려웠음.

 준 인공교배: 1974년 남궁진 박사에 의해 리기테다소나무 F1종자 대량 생산 수단으로 제안되어 일반 채종원에서 적용하였으나 기대만큼 좋은 성과를 거두지 못함.

 F1 조림지로부터 종자(F2)생산: F2 조림용 종자 보급을 위하여 1959년도에 각도에 식재된 시험림 5ha씩 총 40ha에 대해 무육간벌과 비교 수종으로 심은 리기다소나무는 모두 벌채하고, 리기테다소나무 가운데서도 불량목, 피압목을 제거하여 잡종채종림으로 지정한 바 있음.

 F1 채종원으로부터 종자(F2)생산: 통계에 의하면 F2 종자로 조림을 시작한 것은 1976년부터이며 1998년까지 전국에 총 42,286ha가 식재되었음.

나. 접근 가능한 리기테다소나무 F1 생산을 위한 최적화 방안

 F1 종자 생산 최적화의 조건: 화분 채취는 자연교배 채종원이 아니라면, 또한 모계수의 화분제거에도 제웅을 위한 약품 처리 등 시도는 있었으나 실용성 문제로 비용절감 또는 생력화 방안은 극히 제한됨.

다. 준 인공교배에 의한 F1 종자생산

 준인공교배 채종원에 의한 F1 종자 대량생산에는 채종목 양성, 조성과 같은 어느 정도의 시간이 필요하며 그 기간은 현존 F2 종자생산을 위한 리기테다소나무 채종원의 종자생산 잠재력 향상으로 병행 추진이 바람직함.

6. 채분림겸 테다소나무 채종원 조성용 우량개체 선발

가. 선발 모집단 특성 및 생장

< 선발 모집단 임분 개요 >

< 테다소나무 선발 모집단 임분에 대한 생장 특성 >

나. 테다소나무 우량개체 선발

 선발 대상지는 현존하는 테다소나무 임분 중 조성 내력이 확실하고 좋은 생장을 보이는 임분(광양, 완주, 강진 등 5지역 8집단)

 선발과정은 개별집단별 선발기준에 의해 후보목을 선발하고 이를 개별집단별 표준화 값(GVp), 전체집단에 대한 표준화(GVt), 그리고 두 척도의 절충값(GVh)으로 최종 선발에 적용

 최종 선발은 GVh 값을 근거로 집단 간 입지환경 및 선발 개체수, 모집단 개체목의 내력, 선발시 파악된 모집단 고유 특성 등을 종합하여 최종 선발목 결정

절충형 표준화 값(GVh)에 의해 선발된 우량개체

< 단계별 선발 과정을 거쳐 최종 선발된 우량개체 >

7. 리기테다소나무 F1종자 생산 기술 확립

가. 인공교배에 의한 종자생산

 리기다소나무 수형목 클론보존원을 교배 모수림으로 선정하고 교배모수는 일반조합능력(一般組合能力)이 우수한 경기 1, 2호를 포함하여 18클론(35본)을 선발 함. 서울대학교 남부 학술림에서 테다소나무 화분 채취목을 선발하여 2023. 4. 17일 화분을 채취하였음.

 화분비산이 시작되기 전인 2023. 4. 21일 18클론 35본에 114대에 교배 봉투를 씌웠다. 서울대학교 남부학술림에서 채취한 화분을 비닐온실에서 손질하고 건조시켜 4.24(월), 4.26(수), 4.27(목), 4.28(금) 4차에 걸쳐 주입하였음.

 교배 봉투를 2023. 5. 8일 제거하였으며 유구과수는 교배대 봉투 씌울 때 725개이었고 교배 봉투 제거할 때는 720개이었으며 6. 30일에는 299개가 남았음.

나. 준 인공교배에 의한 종자생산

 리기다소나무×테다소나무 준 인공교배는 교배모수 10본의 수구화수를 5. 4일, 5, 8일, 5. 10일 3번에 걸쳐 모두 제거하고 테다소나무 화분을 5. 19일, 5. 22일, 5. 24일 3회 과수인공수분기(Tornado, 대경뉴팜)로 살포하였음. 비교로 실행한 인공교배는 5. 15일 교배 봉투를 씌웠으며 테다소나무 화분을 5. 19일, 5. 22일, 5. 24일 3회 주입하였고 5. 26일 교배 봉투를 제거하였음.

 준 인공교배를 첫 번째 테다소나무 화분을 살포한 5. 15일의 유구과수는 31개였으나 유구과(conelet) 인편이 둔탁해지며 상호 공간이 메워진 6. 30일 잔존 유구과수는 20개였음.

8. 금후 연구 추진 방향

가. 리기테다소나무 지속적 개량연구

 1977년대 전까지는 양친수의 유전 정보 없이 화분 산지별에 따른 내한성 정도의 리기테다소나무 육성에만 치중하였나 1978년도에는 개체목 수준의 육종전략으로 방향이 전환됨.

나. 온실 내 준 인공교배

 국내 리기다소나무 수형목과 미국에서 도입된 수형목(천전; 12클론)을 접목증식하여 대형 화분에 심고 철저한 비배관리로 생장을 촉진 시킨 후 온실로 옮겨서 준 인공교배를 시도해 보는 것도 하나의 좋은 방법이 될 수 있음.

다. 단일 클론 조성에 의한 준 인공교배

 리기다소나무의 자식약세(inbreeding depression) 현상을 이용한 방법으로 제웅작업을 안 해줘도 되는 장점이 있음. 선발목을 단일 클론으로 증식(접목묘)하여 전자와 같은 방법으로 온실 내에서 준 인공교배를 시도하는 방법으로 자배(selfing)된 리기다소나무 유묘는 선묘 시에 분리할 수 있음.

라. 채종원산 제2세대 종자의 조림지 생장조사

 현재 우리나라에는 채종원산 조림지가 30,000ha 정도 되는 것으로 추정되는데 이는 관리만 잘하면 F1 조림지 못지 않는 우수한 조림지로 육성 가능할 것으로 기대됨. 2024년에는 채종원산 조림지도 시도별 조림지를 찾아서 조사하는 것이 시급함.

마. 개량효과에 대한 유전적 연구

 지금까지 교잡육종으로 조성된 1세대 리기테다소나무 집단에서 얻어진 육종의 개량효과, 예를 들면 통직성, 수고, 내한성 등에 대한 성적과 관련된 리기테다소나무의 폭넓은 유전적인 분석이 필요함.

 따라서 2세대에서도 1세대와 유사한 특성이 나타나는지와, 그 특성에 대한 형질이 어느 정도 개량 또는 후퇴하는지에 관한 유전적 연구가 필요함.