저관리 벽면녹화에서 피복재와 친수성 토양개량제 처리에 따른 화목류의 적응성
Plant Growth Assessment of Flowering Shrub Species in a Vertical Greenery System with Different Cover Materials and Substrates for Low Maintenance
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Abstract
The objectives of this study were to assess plant growth of the flowering shrub species for adapting to growing on hanging baskets in the vertical greenery system with different cover materials and substrates for low maintenance effectively utilizing rainfall. Water amount taken up by the fabric cover was higher than that by the plastic film cover. Evaporated water amount from the fabric cover was much slower than that from the plastic cover. A higher ratio of hydrophilic polymer to the substrate resulted in higher substrate water content within the same cover material. The relative growth rates of plant height, leaf width and stem diameter were higher when the Cotoneaster horizontal was grown in the vertical greenery system with the fabric cover, whereas the leaf number and survival rate were higher with the plastic film cover. The relative growth rates of plant height, leaf width and leaf number and the survival rate was higher when the Euonymus fortunei ‘Emerald n Gold’ was grown in the vertical greenery system with plastic film cover than those with both fabric cover and hydrophilic polymer treatment. In contrast, the stem diameter of Euonymus fortunei ‘Emerald n Gold’ was higher in the plants grown in the vertical greenery system with the fabric cover at a 1.0% ratio of hydrophilic polymer to substrate than that with plastic film cover. The highest stem diameter of Spiraea × bumalda ‘Gold Mound’ was observed in the plant grown in the vertical greenery system with fabric cover and at a 1.0% ratio of hydrophilic polymer to substrate, while there was no significant difference in the plant height. The leaf number was decreased with increase in the ratio of hydrophilic polymer to substrate, while the leaf width was decreased. The survival rate of Spiraea × bumalda ‘Gold Mound’ was higher than 80% regardless of treatments. In particular, the highest survival rate was observed in the plastic film cover treatment after overwintering.
I. 서론
벽면녹화란 건축물의 벽면, 담장이나 울타리, 옹벽, 방음벽 등의 수직면을 다양한 식물로 덮는 것을 의미한다(Ministry of Environment, 1998). 벽면녹화를 vertical greenery systems이라 칭하며, green facades와 living walls systems로 구분하고 있다. green facades는 덩굴성식물을 이용해 건물표면에 직접 부착하거나 철망 이나 트렐리스(trellis)로 고정시키는 반면, living wall systems은 토양이나 식재지반을 채운 각각의 모듈에 식재하는 것을 말한다 (Katia et al., 2011).
벽면녹화는 저비용 고효율의 수직녹화로서 도시의 생태적 복원 을 위한 적절한 대안이 될 수 있다(Han and Kim, 2008). 또한 도시 미기후 개선뿐 아니라 빗물을 흡수함으로써 물에 대한 저장능력과 유용성을 높일 수 있어 도시생태계의 물순환 시스템을 회복하는데 도움을 주는(Getter et al., 2007) 등 다양한 환경적 효과를 기대할 수 있다. 하지만 이러한 벽면녹화의 효용성도 건강한 식물의 생육 이 보장되어야 한다는 전제조건하에서 가능하다.
한편, 국내의 벽면녹화에서 실제로 이용되는 식물소재는 대부분 담쟁이덩굴, 미국담쟁이 등(Lee and Shim, 1994)으로 매우 한정 된 실정이다. 이에 식생블록을 이용한 벽면녹화에 적합한 수종 선 발(Kim et al., 2003), 무관수 용기형 벽면녹화에 적합한 노랑조팝 나무(Ju et al., 2011)와 홍자단(Ju et al., 2013)에 관한 연구가 진행 되고 있으나 좀 더 다양한 수종 탐색이 필요하다. 특히, 일반인들의 벽면녹화 수종에 대한 선호도에서는 담쟁이를 제외하고, 꽃과 함께 감상할 수 있는 관상가치가 높은 수종을 선호한다고 볼 때(Lee and Kim, 2000), 이에 관한 연구는 부족한 실정이다.
일반적으로 벽면녹화는 수종 선택, 식재지반, 물 공급 등 세 가지 요인에 의해 성패가 좌우된다고 해도 과언이 아니다(Feng et al., 2005). 벽면녹화에서 크기가 아주 작은 지의류나 이끼는 물과 양분 과 같은 근본적인 자양분에, 좀 더 큰 나무는 식재지반에, 허브, 관 목 그리고 묘목 등과 같이 중간 크기의 식물들은 물, 양분, 식재지반 에 의해 성패가 좌우된다(Jim and Chen, 2010). 특히, 벽면의 환경 압 중 식물생육에 가장 문제가 되는 것은 바람에 의한 과다한 증산 과 건조해라고 볼 때, 식물자체의 내건성도 요구되나 빗물을 최대 한 보유할 수 있는 식재지반 및 피복재에 대한 관심이 대두되고 있 다. 특히, 식물의 증산작용에 의한 냉각효과(Takakura et al., 2000) 를 최대화하기 위해서는 빗물에 대한 유출수를 최대한 줄임으로써 식물과 식재지반의 총 수분량을 늘리는 것이 관건이라 하겠다.
따라서 본 연구는 화목류를 중심으로 피복재 및 식재지반 내 친 수성 토양개량제의 적용성을 평가함으로써, 저관리 벽면녹화에 적용 가능한 목본류의 탐색과 이에 적합한 식재지반을 제시하고자 한다.
II. 재료 및 방법
1. 연구재료
1) 식물, 토양, 피복재
2012년 3월에 지름 약 12cm 화분의 홍자단(Cotoneaster horizontals), 황금줄사철나무(Euonymus fortunei ‘Emelad n Gold’), 노랑조팝나무(Spiraea × bumalda ‘Gold Mound’)를 병천에 위 치한 농장에서 구입한 후 1개월간 순화시켰다. 이후 모든 수종의 지 상부를 약 5cm로 균일하게 잘라주어, 수고 초기값을 동일하게 한 후, 정식하였다.
공시토양으로는 인공배합토(Sunshine mix#1, SunGro Horticulture, Canada), 펄라이트(파라소, 경동세라텍, Korea)를, 친수 성 중합체는 hydrophilic polymer(K-SAM, Kolon Chemical Co., Ltd, Gwacheon, Kyounggi, Korea)를 사용하였다. 피복재 처리는 차광막재와 직물재를 적용하였다. 차광막재는 가볍고 질겨 경제적으로 편리하고 식물의 수량감소와 품질저하를 방지하며 고 온다습화의 기상변동으로 인한 차광량 및 누수량 조절에 탁월하다. 직물재는 태양열에 강하고 내구성이 강한 화학섬유 원료를 사용하 여 단섬유 부직포를 두껍게 제조한 것으로 수명이 길고, 수분유지 와 토사유출방지 효과가 있다. 친수성 중합체 배합은 인공배합토 100%, 인공배합토 99%+hydrophilic polymer 1%, 인공배합토 98%+hydrophilic polymer 2%, 인공배합토 96%+hydrophilic polymer 4%로, 인공배합토에 대한 hydrophilic polymer의 혼합 비율을 높였다.
2) 실험구 조성
용기형 실험구는 30 × 17 × 17cm, 1/4구형 행잉와이어(hanging wire)에 차광막재와 직물재를 각각 피복한 후 후면에 방수시트를 부착하였다. 식재지반은 용기높이의 1/3을 펄라이트로 배수층을 형성하고, hydrophilic polymer를 비율별로 처리한 인공배합토 를 각각의 실험구에 포설하였다. 완성된 실험구는 온실 외부벽면에 설치한 높이 약 1.5m의 격자형 구조물에 부착하였다.
2. 연구방법
1) 토양수분
토양용적수분함량은 각 처리구별 토양산습도계(DM-5, Takemura, Japan)를 이용해 3반복으로 잰 뒤 평균값을 산출하였다. 또한, 각 처리구별 용기무게를 전자저울(FG-150KAL-H, AND, Korea)을 이용하여 토양중량수분함량을 측정함으로써 토양용적 수분함량과 상호 비교하였다.
2) 피복재의 수분보유력
벽면녹화 피복재로 사용된 차광막재와 직물재에 따른 자체 수분 흡수량과 시간경과에 따른 수분방출량을 알아보기 위해 직물재와 피복재의 크기를 10 x 10cm으로 동일하게 자른 후, 각각 24시간동 안 물에 충분하게 포수시켰다. 이후, 초기에는 3시간 간격으로, 12 시간이 지난 후에는 24시간 간격으로 완전히 건조될 때까지 미세저 울(FX-300iWP, AND, Korea)로 무게를 측정하였다.
3) 식물생육
각 화목류의 생육 조사 항목으로는 수고, 엽수, 엽폭, 엽장, 경경 등으로 조사하였다. 수고는 하단에서 정단부까지 쟀으며, 엽장, 엽 폭은 표준잎 5개를 선정하여 측정한 후 평균값을 산출하였다. 엽수 는 육안으로 직접 세었으며, 줄기 직경인 경경은 식물체 지상부와 지하부가 접한 부위인 지제부 상단 1cm를 디지털 버니어 켈리퍼스 (CD-20CPX, Mitutoyo, Japan)를 이용하여 측정하였다. 생육이 활발한 시기인 7월과 8월간의 화목류의 상대적인 증가율을 보기 위해 각 처리구별 생육 항목별 평균값은 상대생장율(B/A × 100, A : 7월 각 생육 값, B : 8월의 각 생육 값)로 변환하여(Song et al., 2010) 분석하였다. 생존율은 각 처리구별로 생존수 / 전체수 × 100 으로 계상하였다.
4) 분석
각 측정자료에 대한 통계분석은 SPSS Ver. 18.0(SPSS Inc., USA) 프로그램을 이용해 Duncan의 다중범위검정(multiple rage test)을 실시하여 처리구별 평균값에 대한 유의성을 검증하 였다.
III. 결과 및 고찰
1. 식재지반
1) 피복재별 자체 수분흡수량과 수분방출량 변화
차광막재와 직물재 등 피복재별 자체 수분흡수량과 건조시간에 따른 수분방출량을 살펴본 결과, 수분흡수량은 직물재가 차광막재 보다 수분흡수량이 더 높았다. 자체 수분흡수량은 직물재가 차광막 재보다 60.6g의 수분량을 더 흡수한 것으로 조사되었다(Fig. 1).
Comparison of water evaporative patterns between two cover materials.
건조시간에 따른 수분방출량의 경우, 차광막재는 무게가 급격히 줄어든 반면, 직물재는 서서히 감소하는 차이를 보였다. 또한 직물 재가 완전 건조되기까지의 시간이 168시간인데 비해 차광막재는 약 24시간으로 더 빨리 건조되었다.
2) 피복재 및 hydrophilic polymer 배합비에 따른 식재지반의 변화
(1) 토양수분 및 토양온도 차이
벽면녹화 식재지반 내에 피복재 및 hydrophilic polymer를 각각 처리구별로 충전한 후 일일 토양수분 및 토양온도를 살펴본 결과, 차광막재로 처리한 차광막재(Control)에 비해 직물재로 피복한 처 리구에서 토양수분함량은 높은 반면 토양온도는 감소되었다. 또 한, 동일한 직물재일지라도 hydrophilic polymer의 배합비가 높 을수록 이와 같은 양상은 매우 뚜렷하게 나타났다(Fig. 2).
Average substrate temperature and volumetric water content as affected by different ratios of hydrophilic polymer to substrate and cover materials.
(2) 토양용적수분함량 변화
5월부터 10월까지 벽면녹화 식재지반의 토양용적수분함량을 측정한 결과, 직물재 + hydrophilic polymer의 배합비가 높을수록 토양용적수분함량이 높았다. 특히, hydrophilic polymer 4% 이상 의 경우 봄철 건조기일지라도 80%이상의 함수율을 보여주었다 (Fig. 3). 한편, 차광막재를 피복재로 한 대조구의 경우 직물재나 직 물재 + hydrophilic polymer 1% 처리구보다 높은 토양용적수분함 량을 보여, 직물재 자체가 차광막재보다 흡수율이 높은 것은 사실 이나, 벽면녹화 식재지반 내 수분함량을 높이는데 반드시 영향을 주는 것은 아님을 알 수 있다.
Change in substrate volumetric water content in the vertical greenery system as affected by different ratios of hydrophilic polymer to substrate and cover materials.
(3) 토양중량수분함량
5월부터 10월까지 벽면녹화 식재지반의 무게 측정을 통한 토양 중량수분함량을 추적한 결과, 직물재 + HP 4% > 직물재 + HP 2% > 차광막재(Control) > 직물재 + HP 1% > 직물재(Fabric cover) 순으로 조사되었다(Fig. 4). 토양용적수분함량에 비해 식재지반 내 수분변화의 폭이 좀 더 크나, 직물재 + HP 4%처리구에서 가장 높 은 것과 직물재가 차광막재에 비해 벽면녹화 식재지반 내 수분보유 량을 높이는 것은 아니라는 결과는 유사하였다.
Changes in substrate gravimetric water content in the vertical greenery system as affected by different ratios of hydrophilic polymer to substrate and cover materials.
2. 화목류의 적응성
1) 홍자단(Cotoneaster horizontals)
저관리 벽면녹화의 식재지반 내 피복재와 친수성 중합제의 배합 비에 따른 홍자단의 상대생장율을 살펴본 결과, 수고는 직물재가 차광막재에 비해 직물재 + HP 1%, 직물재 + HP 2%처리구를 제외 하고 비교적 높은 값을 보였다. 반면, 경경은 직물재 + HP 2%, 엽폭 은 직물재 + HP 1% 처리구에서 각각 가장 높은 값을 나타내, 수고 와 상반된 결과를 보여주고 있다. 엽수는 차광막재 처리구에서 가 장 높은 반면, 친수성 중합제를 비율이 높아짐에 따라 감소하였으 며 직물재 + 2%처리구에서 가장 낮았다(Fig. 5). 생존율의 경우, 직 물재 + HP 2%처리구를 제외하고, 모든 처리구에서 100%의 생존 율을 보였다(Fig. 6). 대조구인 차광막재에 비해 직물재와 친수성 중합체 처리구에서 엽수와 생존율이 낮았던 이유는 고흡수성 수지 의 혼합량을 추천량보다 2배 이상 증가시켜도 상토의 물리성에 큰 영향을 미치지 못한다는 것과 고흡수성 수지가 보수성 증가에 효과 적이라고 하여도 반드시 식물이 이용할 수 있는 수분이 증가하는 것은 아니기 때문인 것으로(Choi et al., 2005) 해석된다.
Relative plant growth rate (RGR) of Cotoneaster horizontalis as affected by different ratios of hydrophilic polymer to substrate and cover materials.
Survival rate of Cotoneaster horizontails as affected by different ratios of hydrophilic polymer to substrate and cover materials.
2) 황금줄사철나무(Euonymus fortunei ‘Emerald n Gold’)
저관리 벽면녹화의 식재지반 내 피복재와 친수성 중합제의 배합 비에 따른 황금줄사철나무의 상대생장율을 살펴본 결과, 수고는 차 광막재> 직물재 + HP 4%> 직물재 + HP 2%> 직물재> 직물재 + HP 1% 순으로 차광막재가 직물재 및 친수성 중합제 처리구보다 높았다. 반면, 경경은 직물재 + HP 1%처리구가 차광막재처리구보 다 높았다. 엽폭은 직물재 + HP 4%처리구를 제외하고 차광막재> 직물재> 직물재 + HP 1%> 직물재 + HP 2%처리구 순으로 증가하 였다. 한편. 엽수는 차광막재에서 가장 높은 값을 보인 반면, 직물재 및 친수성 중합제 처리구간의 차이는 뚜렷하지 않았다(Fig. 7). 생 존율의 경우, 직물재 처리구에서 50%로 가장 낮은 값을 보인 반면, 나머지 처리구에서는 80% 이상의 생존율을 보였다(Fig. 8).
Relative plant growth rate (RGR) of Euonymus fortunei ‘Emerald n Gold’ as affected by different ratios of hydrophilic polymer to substrate and cover materials.
Survival rate of Euonymus fortunei ‘Emelad n Gold’ as affected by different ratios of hydrophilic polymer to substrate and cover materials.
국내의 환경적인 특징에 따라 강우가 대체적으로 여름에 집중되 어 다른 계절에 식물이 고사하거나 생육에 어려움을 겪게 되어 토 양수분의 유지는 식물의 생육에 필수적이다. 용기형 벽면녹화의 식 재지반에 대한 보수성 확보는 생육보다는 생존에 긍정적인 영향을 주었다. 그러나 벽면녹화의 지속가능한 경관을 유지하는데 한계가 있어, 벽면녹화의 조성목적과 방향에 따라 달리 적용할 필요가 있 다고 사료된다. 경관이 중요시 되는 장소에서의 적용은 특수 토양 개량제 또는 추가적인 관개시스템의 연계를 통해 벽면녹화의 디자 인 효과와 생태적 효과를 증가시킬(Dunnett and Kingsbury, 2004) 필요가 있다고 본다.
3) 노랑조팝나무(Spiraea × bumalda ‘Gold Mound’)
저관리 벽면녹화의 식재지반 내 피복재와 친수성 중합제의 배합 비에 따른 노랑조팝나무의 상대생장율을 살펴본 결과, 수고는 각 처리구별 큰 차이를 보이지 않은 반면, 경경은 직물재 + HP 1%처 리구에서 다른 처리구에 비해 높은 수치를 나타냈다. 엽폭의 경우, 차광막재를 제외하고 직물재 + HP 4%> 직물재 + HP 2%> 직물재 + HP 1%> 직물재 처리구 순으로 친수성 중합체의 농도가 높을수 록 증가하였다. 반면, 엽수는 대조구인 차광막재에서 가장 높았으 며, 직물재 + HP 1%처리구를 제외하고 친수성 중합체의 농도가 높 을수록 감소하였다(Fig. 9). 노랑조팝나무의 생존율은, 직물재 처 리구를 제외하고, 대부분의 처리구에서 90% 이상의 값을 보였다 (Fig. 10). 이에 비해, 이듬 해 월동 후 생존율을 살펴본 결과(자료 미제공), 대조구인 차광막재에서 생존율이 가장 높아 직물재 및 친 수성 중합체 1% 이상의 처리는 벽면녹화에서 월동 후 생존율을 감 소시킬 수 있음을 시사하였다.
Relative plant growth rate (RGR) of Spiraea × bumalda ‘Gold Mound’ as affected by different ratios of hydrophilic polymer to substrate and cover materials.
Survival rate of Spiraea × bumalda ‘Gold Mound’ as affected by different ratios of hydrophilic polymer to substrate and cover materials.
IV. 적요
저관리 용기형 벽면녹화에서 식재지반 외부 피복재별 재료(차광 막재, 직물재)와 hydrophilic polymer의 배합(Control, 1%, 2%, 4%)에 따른 식재지반 내 토양수분변화와 홍자단, 황금줄사철나무, 노랑조팝나무 등 3가지 화목류의 생육반응을 살펴봄으로써, 피복 재와 친수성 중합체의 조합이 화목류의 적용성에 미치는 효용성을 살펴보고자 한다.
1) 식재지반 내 토양수분변화
피복재별 자체 수분흡수량은 직물재가 차광막재보다 더 높았다. 수분방출량은 직물재가 차광막재에 비해 서서히 감소되었으며, 건 조시간이 약 8배 정도 지연되는 것으로 나타났다. 식재지반 내 토양 수분함량은 직물재가 차광막재 보다, 동일한 직물재일 경우, hydrophilic polymer의 배합비가 높을수록 식재지반 내 토양용적 수분함량이 높았다. 반면 직물재가 차광막재보다 자체 흡수량이 많 은 것은 사실이나, 지속적인 건조기에는 벽면녹화 식재지반 내 실 제적인 함수량을 높이는데 뚜렷한 효과는 없었다.
2) 화목류
홍자단의 수고, 경경, 엽폭 등의 상대생장율은 차광막재보다 직 물재에서 높은 반면, 엽수, 생존율 등은 차광막재에서 높았다. 황금 줄사철나무의 수고, 엽폭, 엽수, 생존율 등의 상대생장율은 차광막 재가 직물재 및 hydrophilic polymer 처리구보다 높았다. 반면, 경 경은 직물재 + HP 1%처리구가 차광막재 처리구보다 높았다. 노랑 조팝나무의 수고는 각 처리구별 큰 차이를 보이지 않은 반면, 경경 은 직물재 + HP 1% 처리구에서 가장 높았다. 엽폭은 hydrophilic polymer의 배합농도가 높을수록 넓어지는 반면, 엽수는 감소하였 다. 노랑조팝나무의 생존율은 모든 처리구에서 80%이상으로 비교 적 높았으나, 월동 후 차광막재에서 가장 높았다.
따라서, 저관리 용기형 벽면녹화의 식재지반은 장기적인 측면에 서 볼 때, 피복재는 직물재보다는 차광막재가, 친수성 중합체의 혼 합비율은 1% 이상 배합하지 않는 것이 바람직하다고 판단된다. 또 한 홍자단과 황금줄사철나무가 반상록, 상록수종으로 지상부와 지 하부가 겨울철 냉해에 노출될 경우 생존율이 낮아질 가능성이 높기 때문에 피복재와 친수성 중합체만으로 벽면녹화에 적용하기에 한 계가 있음을 고려해야 할 것이다. 이에, 벽면녹화에서 목본류의 월 동 후 생존율을 높일 수 있는 구체적 방안이 모색되어져야 할 것으 로 본다.