스크랩 008. 단풍은 왜 드는가, 어떻게 드는가, 단풍이 곱게 드는 요건은 무엇인가?

[황금손]

008. 단풍은 왜 드는가, 어떻게 드는가, 단풍이 곱게 드는 요건은 무엇인가?

1. 단풍이 드는 이유에 대한 다양한 설

가을이면 나무는 왜 빨갛고 노랗게 단풍이 드는 걸까. 왜 나무는 바로 잎을 떨구지 않고 에너지를 소모해 가며 붉거나 노란 단풍잎을 수고로이 만드는 것일까?

단풍이 드는 이유에 대해서는 아직 정설이 없이 여러 가지 설이 제기되고 있고 제기된 설에 대해서 여러 가지 반론이나 반증 사례들이 제기되고 있다.

1) 기존 학설

- 잎이 노화되는 과정에서 나타나는 부수적인 현상으로, 녹색을 띠는 엽록소가 파괴되면서 가려져 있던 다른 색소가 나타나는 것이다.

2) ‘잎의 신호’ 가설

- 영국의 진화생물학자 윌리엄해밀턴 박사의 가설

- 단풍잎의 선명한 색깔은 “나는 내년 봄에 독소를 만들 충분한 에너지가 있으니 다른 나무에다 알을 낳으라”고 곤충들에게 경고하는 메시지이다.

- 진딧물은 선명한 단풍잎을 피하고 단풍잎은 더 선명해지는 방향으로 진화한다는 가설.

3) 햇빛으로부터 잎을 보호하기 위한 것이라는 ‘빛 차단’ 설

- 식물생리학자 위스콘신대 호치 박사의 설, 현재 가장 유력한 설.

- 나무는 겨울을 위해 잎에 있던 엽록소 등 광합성에 관련된 기관들을 분해해서 에너지를 회수하는데, 엽록소가 줄어들면 나뭇잎이 처리하지 못하는 빛의 비율이 증가한다. 과도한 빛은 식물의 광합성을 방해하고 활성산소를 발생시켜 잎 내부 기관에 손상을 줄 수 있다.

- 붉은 색을 띠는 안토시아닌과 노란 색을 띠는 카로티노이드가 빛을 막아주고 활성산소 발생을 억제한다.

4) 독소와 관련되지만 주 기능은 빛을 차단하는 것이라는 설

- 독일 프라이부르크 대학의 진화생물학자인 쉐퍼 박사와 그의 제자인 롤샤우슨의 설

- 안토시아닌이 독소를 보호하거나 독소를 만드는 과정에 관련이 있기 때문에 단풍색이 독소의 양을 나타내는 지표가 될 수 있다.

- 단풍색이 독소와 관련되지만 곤충에 대한 신호는 아니며, 색소의 주요 기능은 빛을 차단하는 데 있다.

5) 독성에 의한 타감작용(他感作用)이라는 설

- 뉴욕 콜게이트 대학의 프랭크 프레이 등의 설.

- 빨간 단풍의 색소는 다른 성분들이 파괴되고 남아 있는 것이 아니라 겨울을 앞둔 나무가 계절의 변화에 적응하려고 생성한 것이다.

- 주변에 다른 나무가 얼씬하지 못하도록 독을 분비하는 기능을하고 있으며 이 독은 다른 종을 죽일 정도로 강력하다.

- 단풍나무 외, 붉게 단풍 드는 나무들에서 "가을에 빨간 단풍잎이 떨어지면 안토시아닌 성분이 흘러나와 땅 속으로 스며들어 다른 수종의 생장을 막음으로써 이듬해 봄 어린 단풍 묘목들만 자랄 수 있게 하는 타감작용'(allelopathy)을 하는 것으로 보인다"

2. 단풍이 드는 원리와 과정

단풍이 드는 양상

단풍이 드는 양상은 자연에서 다음의 세 가지 경우로 나타난다.

① 어린 잎이 일시적으로 빨갛게 된 후에 잎이 성장함에 따라 빨간색이 없어지는 경우
② 잎의 성장 기간 내내 빨간색인 경우
③ 낙엽 직전에만 빨갛게 되는 경우

세 가지 경우 모두 잎 속에 적색 색소인 안토시안(anthocyan)이 형성됨으로써 일어나는 현상이다.

①의 이유는 갓 나온 어린잎의 경우 엽록소를 만드는 세포 내의 구조가 완성되지 않았기 때문이다. 줄기로부터 당이 계속 보내져 오면, 잎은 이것을 재료로 안토시안을 만든다. 안토시안은 자외선을 잘 흡수하는 성질을 갖고 있기 때문에 연약한 어린잎이 빨갛게 됨으로써 자외선의 해를 피하는 것이다. 잎이 성숙함에 따라 안토시안은 분해·소실되고 생성된 엽록소에 의해 녹색으로 변하게 된다.
②와 같이 계절과 관계없이 붉은색을 띠는 예외적 식물로는 단풍나무의 개량종인 공작단풍, 홍단풍과 같은 나무와 자주색 양배추, 베고니아 등과 같은 초본식물이 있다. 이 식물들은 정상적인 녹색 종에서 갈라져 나온 변종인 경우가 많은데, 안토시안과 공존하는 엽록소에 의해 정상적인 광합성을 해 나간다.

③의 경우가 일반적으로 말하는 가을 단풍이다.

가을 단풍이 드는 원리와 과정

가을이 시작되면 온도가 낮아지고 하루의 낮 시간도 짧아지면서 햇빛도 줄어든다. 이런 기후 조건의 변화를 감지한 나무는 옥신이 감소하고 에틸렌이 증가하여, 어린 잎 때부터 만들어 놓았던 분리층(分離層)이 활성화되고, 잎 안의 엽록소가 분해되면서 녹색이 점점 사라지게 된다.
  이 과정에서 분리층이 형성되면서 엽록소 때문에 보이지 않던 카로티노이드 색소가 나타나 나뭇잎이 노란 색조로 보이게 되고 가을에 생성된 수용성의 안토시아닌이란 색소로 인해 붉은 색이 나타나게 된다.

단풍의 색깔은 수종 고유의 유전적 특성과 그때의 환경 조건에 따라서 조금씩 달리 나타난다.  수종별로 단풍의 색깔이 다른 것은 각각의 색소의 종류와 함량의 차이 때문이다.
 

단풍색은 보통 붉은색, 노란색, 갈색의 3가지가 많다.

붉은 단풍으로는 단풍나무, 신나무, 붉나무, 화살나무, 복자기, 담쟁이덩굴 등이 손꼽히고, 노란단풍으로는 은행나무를 비롯해 아까시나무, 피나무, 튜립나무, 생강나무, 자작나무 등이 보기 좋으며, 갈색 단풍으로는 고로쇠와 우산고로쇠 등이 좋다. 늦가을에 절정을 이루는 참나무류나 너도밤나무, 느티나무의 노란 갈색 또한 아름답다.

노란 단풍이 드는 원리

    나무잎이 봄 여름에 녹색으로 보이는 것은. 녹색인 엽록소가 태양의 가시광선 중에서 녹색 광선을 반사하기 때문이다. 엽록소는 가시광선 중에서 주로 붉은색과 푸른색 부근을 흡수하고 녹색 부근을 반사하는 반면, 카로티노이드는 주로 녹색과 푸른색 빛을 흡수하고 노란색, 오렌지색, 붉은색 부근을 반사한다.

 이른 봄에 어린 잎이 날 때부터 엽록소와 더불어 카로티노이드가 만들어지는데, 여름에는 엽록소의 녹색으로 덮여 가려져 우리 눈에 보이지 않는다. 그러나 가을이 되어 엽록소가 파괴되면 카로티노이드가 노출되어 카로티노이드 본래의 노란색을 나타낸다. 카로티노이드는 평소에 엽록소를 보조하면서, 엽록소가 흡수하지 못하는 녹색 부분의 파장을 대신 흡수해 광합성을 돕고, 엽록소가 여름철 강한 자외선에 의해서 산화되는 것을 막아주는 역할을 한다.
   엽록소가 파괴된 후 나타나는 색 중에는 카로틴(carotene)이 가장 많은데, 그렇게 예쁜 색깔은 아니다. 즉 모든 나무들이 자연적으로 예쁜 노란 단풍을 만들지 못한다는 뜻이다. 대신 예쁜 노란 단풍을 만드는 수종은 카로티노이드의 일종인 크산토필(xanthophyll)을 적극적으로 합성하여 노란색을 짙게 만들기 때문이다. 가장 좋은 예는 은행나무이다.

붉은 단풍이 드는 원리

    붉은 단풍은 가을에 잎 속의 엽록소가 분해되고, 새로 안토시안이 생성되기 때문에 일어난다. 안토시아닌은 페놀 화합물인 플라보노이드(flavonoid)의 일종으로서 빨간색을 띤다. 단풍나무가 빨갛게 단풍이 드는 과정을 자세히 지켜보면 우선 엽록소가 파괴되어 노란색을 띠다가 차츰 빨갛게 물들어 가는 과정을 거친다. 햇빛을 잘 받는 쪽부터 서서히 진행된다. 광합성을 많이 하는 잎들에서부터 먼저 빨간 색소를 만들어내기 때문이다.
  식물의 종류가 달라도 안토시안은 크리산테민 1종뿐이다. 식물의 종류마다 단풍 빛깔이 다른 것은 이 홍색소와 공존하고 있는 엽록소나 노란색, 갈색의 색소 성분이 양적으로 다르기 때문이다.

갈색 단풍이 드는 원리

    가을의 황갈색 단풍은 타닌성 물질 중 주로 카테콜계 타닌·클로로겐산 등이나 그것들이 복잡하게 산화 중합된 프로바펜이라고 총칭되는 갈색 물질이 축적되기 때문이다. 목련이나 플라타너스는 가을철 단풍이 별로 예쁘지 않고 갈색으로 나타난다. 이런 현상은 엽록소가 파괴된 후 안토시아닌이나 크산토필과 같은 화려한 색깔을 만들지 못하고, 대신 타닌(tannin)을 합성하여 갈색으로 단풍이 들기 때문이다.

  황엽이나 갈엽(褐葉)의 색소 성분은 많건 적건 홍엽에도 들어 있어 단풍의 색조 변이의 원인이 된다.

3. 단풍이 곱게 들기 위한 요건

1) 기상 조건

가을철이 광합성은 많이 하고 호흡작용은 적게 함으로써, 축적된 에너지로 단풍을 위한 색소를 합성할 수 있는 기상 조건이 갖추어져야 한다.
  ① 맑은 날씨가 계속되어 광합성을 많이 할 수 있어야 한다. 햇빛을 많이 받는 쪽 즉 광합성을 많이 하는 쪽부터 단풍이 들기 시작한다.

-여름이나 초가을에 비가 많으면 광합성이 저조하여 잎 안의 당도가 낮아 단풍이 곱게 들지 않는다.

② 날씨가 서늘하여 호흡작용을 억제할 수 있어야 한다. 특히 야간온도가 낮아야 한다. 야간 온도가 높으면 호흡작용이 활발해져 에너지 소모가 많아진다.

③ 온도가 점진적으로 하강하되 영상을 유지해야 한다. 색소를 만드는 것은 효소인데, 효소가 살아 있기 위해서는 영상의 온도를 유지해야 한다.

④ 낮과 밤의 일교차가 클수록 고운 단풍이 든다.

- 일교차가 크다는 것은 밤의 기온이 낮다는 것이고 낮에는 광합성을 많이 하고 밤에는 호흡작용이 적다는 것을 의미한다. 그러므로 일교차가 큰 깊은 산의 단풍이 도시의 단풍보다, 높은 산의 단풍이 낮은 산의 단풍보다 곱다.

⑤ 적절하게 비가 와서 가물지 않아야 광합성이 지속적으로 이뤄진다.

2) 나무의 건강 요건

나무가 건강해야 고운 단풍이 든다. 건강 상태가 좋지 않으면 이른 단풍이 들고 색깔도 나쁘다.

① 가지에 상처가 없어야 한다

 - 가지에 상처가 있으면 양분과 수분의 이동이 쉽지 않아 그 가지의 잎이 먼저 단풍이 든다.

② 수분 부족을 겪지 않도록 해야 한다.

 - 여름철과 가을철의 가뭄으로 수분 부족이 심하면 수분 스트레스를 받아 조기에 낙엽하면서 단풍이 일찍 들고 색깔이 좋지 않다.

③ 영양 결핍이 없어야 한다

 - 무기양분이 부족한 토양에서 자라는 나무들은 영양 부족으로 단풍이 일찍 든다. 뿌리를 많이 절단하여 옮겨 심은 나무도 수분과 양분 부족으로 가을에 조기 단풍이 들고 색깔도 좋지 않다.

- 자연 상태에서 영양 상태가 좋은 나무들은 가을 늦게까지 자라며 낙엽이 늦게 지면서 단풍도 늦어지고 색깔도 화려해진다.

4. 분재수의 단풍 관리

분재수의 단풍 관리는 위에서 살핀 기상조건과 건강 조건들이 바탕이 된다.

① 처서(處暑) 곧 8월 말 정도 이후에는 거름을 주지 않는다.
- 여름 이후에도 거름을 주면 가을 늦게까지 생장을 계속하여 가지와 잎이 신장하게 되므로, 낙엽 시기가 늦어지고, 또 잎이 물들지 않은 채 낙엽하는 경우가 많다. 단풍을 감상하고자 하는 분수의 경우 서늘한 바람이 불기 시작할 무렵까지 분토에 거름 기운이 남아 있지 않도록 거름주기를 일찍 끝내야 한다.

② 물을 말리지 말아야 한다.

- 수분 부족이 없어야 건강하게 광합성을 하여 단풍을 위한 색소를 생산한다.

- 수분 스트레스를 받으면 조기에 낙엽하면서 단풍이 일찍 들고 색깔이 좋지 않다.

③ 햇볕이 잘 비치는 곳에서 관리한다.

- 햇빛을 많이 받는 쪽 즉 광합성을 많이 하는 쪽과 일교차가 커서 광합성은 활발하면서 증산은 억제되는 쪽부터 단풍이 들기 시작하고 곱게 든다.

- 도시에서는 햇볕이 충분하지 않고 반사광이 많아서 고운 단풍이 들기 어렵다.

④ 일교차를 크게 할수록 아름다운 단풍이 든다.

- 일교차가 크다는 것은 밤의 기온이 낮다는 것이고 낮에는 광합성을 많이 하고 밤에는 호흡작용이 적다는 것을 의미한다.

- 저녁에 엽수를 주는 것은 잎의 표면 온도를 떨어뜨려 일교차를 크게 하는 효과가 있어 고운 단풍을 보는 데 도움이 된다.

⑤ 두루온잎치기를 하여 봄의 잎을 가을까지 두지 않는다.

- 단풍이나 느티나무 등 잎치기가 가능한 수종의 경우, 보다 고운 단풍을 보기 위해 잎치기를 할 수 있다. 봄에 자란 잎은 크게 자랄 뿐 아니라, 상처나 병이 생겨 보기 흉한 경우가 보통이고 대개 단풍이 곱게 들지 않는 경우가 많다.

- 단풍을 감상하고자 할 경우, 7월 상순경 두루온잎치기를 하면 잎겨드랑눈이 터서 새잎이 자라게 된다. 이 새잎은 크게 자라기 전에 가을이 와서 생장이 멈추기 때문에 잎이 작아지고 단풍도 곱고 선명하게 든다. 단 잎치기는 나무를 쇠약하게 하므로 수세가 약한 나무는 잎치기를 하지 말아야 한다.

⑥ 분에서 오랫동안 생활한 나무일수록 아름다운 단풍이 든다.