1. 식물별 EL 반응 모델
아크레(S. acre)는 40°C부터 57.5°C의 처리 온도 범위에서 전 해질 용출이 평균 18.2-67.9%의 분포로 나타났다. 비선형회귀분 석을 통하여 최저 EL 수준(z), 변곡점에서의 기울기(k), 변곡점에 서의 온도(Tm)를 나타내는 매개 변수들은 각각 15.1514, 0.2961, 54.3845로 도출되었고, 반응 곡선에 적합한 모델의 방정식은 Eq. 4와 같았다.
S자 반응 곡선의 중심점인 변곡점에 해당하는 온도(T
m)는 최대 전해질 용출량의 50% 이상 용출되기 시작하는 온도로서 내서성을 측정하는데 가장 민감하고 결정적인 부분이 되므로 식물간의 내서 성을 비교하는데 적합한 척도가 될 수 있다(
Ingram and Buchanan, 1981, 1984;
Ingram, 1985). 따라서 아크레(
S. acre)의 고온 치사 온도는 약 54.4°C로 이 지점부터 50% 이상의 전해질 용출이 일어 날 것으로 예측되었다.
알붐(S. album)은 40°C부터 57.5°C의 처리 온도 범위에서 전 해질 용출이 평균 2.8-17.1%의 분포로 전반적으로 용출 수준이 낮 게 나타나 고온에 강한 경향을 보였다. 비선형회귀분석을 통하여 최저 EL 수준(z), 변곡점에서의 기울기(k), 변곡점에서의 온도 (Tm)를 나타내는 매개 변수들은 각각 2.3935, 0.2104, 65.4420으 로 도출되었고, 반응 곡선에 적합한 모델의 방정식은 Eq. 5와 같았 다. 알붐(S. album)의 EL 반응 곡선에서 50% 이상의 전해질 용출 이 일어나기 시작하는 고온 치사 온도(Tm)는 약 65.4°C로 예측되 었다.
Y = predicted EL value (%)
X = treatment temperature (°C)
e = 2.718
기린초(S. kamtschaticum)는 40°C부터 57.5°C의 처리 온도 범 위에서 전해질 용출이 평균 2.4-62.6%의 분포로 52.5°C부터 용출 수준이 높게 나타나 고온에 상대적으로 약한 경향을 보였다. 비선 형회귀분석을 통하여 최저 EL 수준(z), 변곡점에서의 기울기(k), 변곡점에서의 온도(Tm)를 나타내는 매개 변수들은 각각 0.0001, 0.2614, 54.0161로 도출되었고, 반응 곡선에 적합한 모델의 방정 식은 Eq. 6과 같았다. 기린초(S. kamtschaticum)의 EL 반응 곡선 에서 50% 이상의 전해질 용출이 일어나기 시작하는 고온 치사 온 도(Tm)는 약 54.0°C로 예측되었다.
Y = predicted EL value (%)
X = treatment temperature (°C)
e = 2.718
땅채송화(S. oryzifolium)는 40°C부터 57.5°C의 처리 온도 범 위에서 전해질 용출이 평균 12.7-61.2%의 분포로 55°C까지 낮은 용출량을 나타내다가 57.5°C에서 급격히 용출량이 증가하는 경향 을 보였다. 비선형회귀분석을 통하여 최저 EL 수준(z), 변곡점에서 의 기울기(k), 변곡점에서의 온도(Tm)를 나타내는 매개 변수들은 각각 13.9540, 1.2029, 57.3351로 도출되었고, 반응 곡선에 적합 한 모델의 방정식은 Eq. 7과 같았다. 땅채송화(S. oryzifolium)의 EL 반응 곡선에서 50% 이상의 전해질 용출이 일어나기 시작하는 고온 치사 온도(Tm)는 약 57.3°C로 예측되었다.
Y = predicted EL value (%)
X = treatment temperature (°C)
e = 2.718
바위채송화(S. polystichoides)는 40°C부터 57.5°C의 처리 온 도 범위에서 전해질 용출은 평균 2.7-61.4%의 분포로 52.5°C부터 급격히 용출량이 증가하는 경향을 보였다. 비선형회귀분석을 통하 여 최저 EL 수준(z), 변곡점에서의 기울기(k), 변곡점에서의 온도 (Tm)를 나타내는 매개 변수들은 각각 1.1637, 0.2936, 56.0789로 도출되었고, 반응 곡선에 적합한 모델의 방정식은 Eq. 8과 같았다. 바위채송화(S. polystichoides)의 EL 반응 곡선에서 50% 이상의 전해질 용출이 일어나기 시작하는 고온 치사 온도(Tm)는 약 56.1°C로 예측되었다.
Y = predicted EL value (%)
X = treatment temperature (°C)
e = 2.718
리플렉섬(S. reflexum)은 40°C부터 57.5°C의 처리 온도 범위 에서 전해질 용출이 평균 4.8-47.2%의 분포로 52.5°C부터 서서히 용출량이 증가하는 경향을 보였다. 비선형회귀분석을 통하여 최저 EL 수준(z), 변곡점에서의 기울기(k), 변곡점에서의 온도(Tm)를 나타내는 매개 변수들은 각각 2.7407, 0.2507, 58.1363으로 도출 되었고, 반응 곡선에 적합한 모델의 방정식은 Eq. 9와 같았다. 리플 렉섬(S. reflexum)의 EL 반응 곡선에서 50% 이상의 전해질 용출 이 일어나기 시작하는 고온 치사 온도(Tm)는 약 58.1°C로 예측되 었다.
Y = predicted EL value (%)
X = treatment temperature (°C)
e = 2.718
루페스트레(S. rupestre)는 40°C부터 57.5°C의 처리 온도 범위 에서 전해질 용출은 평균 4.2-37.1%의 분포로 52.5°C부터 급격히 용출량이 증가하는 경향을 보였다. 비선형회귀분석을 통하여 최저 EL 수준(z), 변곡점에서의 기울기(k), 변곡점에서의 온도(Tm)를 나타내는 매개 변수들은 각각 2.8003, 0.2903, 59.3763으로 도출 되었고, 반응 곡선에 적합한 모델의 방정식은 Eq. 10과 같았다. 루 페스트레(S. rupestre)의 EL 반응 곡선에서 50% 이상의 전해질 용 출이 일어나기 시작하는 고온 치사 온도(Tm)는 약 59.4°C로 예측 되었다.
Y = predicted EL value (%)
X = treatment temperature (°C)
e = 2.718
돌나물(S. sarmentosum)은 40°C부터 57.5°C의 처리 온도 범 위에서 전해질 용출이 평균 2.6-63.2%의 분포로 나타났다. 47.5°C부터 서서히 용출량이 증가하여 57.5°C에는 63.2%까지 증가하여 전반적으로 낮은 고온 저항성을 나타냈다. 비선형회귀분 석을 통하여 최저 EL 수준(z), 변곡점에서의 기울기(k), 변곡점에 서의 온도(Tm)를 나타내는 매개 변수들은 각각 0.0001, 0.1920, 54.1279로 도출되었고, 반응 곡선에 적합한 모델의 방정식은 Eq.
11과 같았다. 돌나물(S. sarmentosum)의 EL 반응 곡선에서 50% 이상의 전해질 용출이 일어나기 시작하는 고온 치사 온도(Tm)는 약 54.1°C로 예측되었다.
Y = predicted EL value (%)
X = treatment temperature (°C)
e = 2.718
섹상귤레(S. sexangulare)는 40°C부터 57.5°C의 처리 온도 범 위에서 전해질 용출이 평균 4.5-24.2%의 분포로 전반적으로 용출 수준이 낮게 나타나 고온에 강한 경향을 보였다. 비선형회귀분석 을 통하여 최저 EL 수준(z), 변곡점에서의 기울기(k), 변곡점에서 의 온도(Tm)를 나타내는 매개 변수들은 각각 5.4662, 0.4377, 60.6520으로 도출되었고, 반응 곡선에 적합한 모델의 방정식은 Eq. 12와 같았다. 섹상귤레(S. sexangulare)의 EL 반응 곡선에서 50% 이상의 전해질 용출이 일어나기 시작하는 고온 치사 온도(Tm) 는 약 60.7°C로 예측되었다.
Y = predicted EL value (%)
X = treatment temperature (°C)
e = 2.718
스프리움(S. spurium)은 40°C부터 57.5°C의 처리 온도 범위 에서 전해질 용출이 평균 6.8-55.0%의 분포로 52.5°C부터 서서 히 용출량이 증가하는 경향을 보였다. 비선형회귀분석을 통하여 최저 EL 수준(z), 변곡점에서의 기울기(k), 변곡점에서의 온도 (Tm)를 나타내는 매개 변수들은 각각 8.6993, 0.3585, 57.5825로 도출되었고, 반응 곡선에 적합한 모델의 방정식은 Eq. 13과 같았 다. 스프리움(S. spurium)의 EL 반응 곡선에서 50% 이상의 전해 질 용출이 일어나기 시작하는 고온 치사 온도(Tm)는 약 57.6°C로 예측되었다.
Y = predicted EL value (%)
X = treatment temperature (°C)
e = 2.718
텔레피움(S. telephium)은 40°C부터 57.5°C의 처리 온도 범위 에서 전해질 용출이 평균 3.6-24.9%의 분포로 전반적으로 용출 수 준이 낮게 나타나 고온에 강한 경향을 보였다. 비선형회귀분석을 통하여 최저 EL 수준(z), 변곡점에서의 기울기(k), 변곡점에서의 온도(Tm)를 나타내는 매개 변수들은 각각 3.0035, 0.2647, 62.1877 로 도출되었고, 반응 곡선에 적합한 모델의 방정식은 Eq. 14와 같 았다. 텔레피움(S. telephium)의 EL 반응 곡선에서 50% 이상의 전 해질 용출이 일어나기 시작하는 고온 치사 온도(Tm)는 약 62.2°C 로 예측되었다.
Y = predicted EL value (%)
X = treatment temperature (°C)
e = 2.718
비선형회귀모델을 통하여 예측된 최대 전해질 용출량의 50% 이 상 용출되기 시작하는 치사 온도를 비교한 결과(Table
1), 알붐(
S. album), 텔레피움(
S. telephium), 섹상귤레(
S. sexangulare)가 각 각 65.4, 62.2, 60.7°C로 모두 60°C 이상의 치사 예측 온도를 보여 높은 내서성을 나타내었다. 반면, 기린초(
S. kamtschaticum), 돌나 물(
S. sarmentosum), 아크레(
S. acre)는 각각 54.0, 54.1, 54.4°C 로 모두 55°C 미만의 치사 예측 온도를 보여 상대적으로 낮은 내서 성을 나타내었다. 그 밖의 식물들은 56°C에서 60°C 범위의 치사 예측 온도를 나타내었다.
앞서 국내 주요 도시의 1992년부터 2001년까지 최고 기온, 실험 지 옥상에서 측정된 최고 온도,
Kim and Yoon(2011)의 서울특별 시 강남구 옥상녹화미적용건폐지비오톱에서 측정한 최고 온도가 46.06°C임을 고려하면, 옥상표면 온도가 최고 50°C를 초과하지 않으며, 선정된 식물들의 예측 치사온도도 모두 50°C 이상으로 나 타났으므로 국내에서 고온기에 안정적인 생육이 가능할 것으로 판 단되었다.
Table 1.
Predicted critical temperatures for eleven Sedum species and their high temperature tolerance rankings
Species |
Predicted critical temperature (°C)z
|
Rank |
|
S. acre
|
54.4 |
9 |
S. album
|
65.4 |
1 |
S. kamtschaticum
|
54.0 |
11 |
S. oryzifolium
|
57.3 |
7 |
S. polystichoides
|
56.1 |
8 |
S. reflexum
|
58.1 |
5 |
S. rupestre
|
59.4 |
4 |
S. sarmentosum
|
54.1 |
10 |
S. sexangulare
|
60.7 |
3 |
S. spurium
|
57.6 |
6 |
S. telephium
|
62.2 |
2 |
2. 저관리형 옥상녹화시스템에서의 내서성평가
2003년 7월과 8월 사이에 시스템이 적용된 옥상 환경의 최고 기 온의 변화와 지상 수준(ground level)에서 측정된 실험지의 최고 기온의 변화를 조사한 결과, 전반적으로 옥상 환경의 최고 기온이 지상 수준에서의 최고 기온보다 높게 나타났다(Fig.
2).
Fig. 2.
Maximum temperature at rooftop level and ground level in the experimental region from July 2003 through August 2004. Rooftop level indicate the top level of the four story building about 14 m in height where the experimental green roof systems were installed. Ground level indicate the level of instrument shelter at the elevation of 1.2-1.5 m.
시스템이 위치한 옥상 환경의 최고 기온은 21.1-46.7°C로 변화 의 폭이 약 26°C이었는데, 같은 시기에 측정된 지상 수준의 최고 기 온 분포가 21.8-33.5°C로 변화의 폭이 약 12°C이었던 것과 비교했 을 때, 옥상 환경의 최고 기온 변화가 상대적으로 크게 나타났다. 특 히, 지상 수준에서의 최고 기온이 비교적 낮은 날에는 옥상의 최고 기온과의 차이가 크지 않았으나, 지상 수준에서의 최고 기온이 높 게 올라가면 옥상과의 최고 기온의 차이가 크게 나타나는 경향을 보였다. 차광이 되지 않은 옥상 환경은 지상 수준에서의 환경보다 일조의 영향을 더욱 직접적으로 받게 되어 온도의 변화가 크고 (Hyundai Institute of Construction Technology, 1997), 여름철 기온이 높게 올라가면 더욱 상승효과를 나타내는 것으로 판단되었 다. 옥상의 최고 기온은 7월 23일에 40.7°C로 실험 기간 중 최초로 40°C 이상을 기록하였고, 7월 30일에 46.7°C로 2003년 7-8월 사 이에 가장 높게 나타났다.
급격한 온도 상승이 기록된 날의 익일인 7월 24일과 7월 31일에 EL 값을 측정한 결과 Table
2와 같이 나타났다. 측정된 EL값은 기 린초(
S. kamtschaticum)에서 7월 24일과 7월 31일에 각각 67.8%, 69.8%로 가장 높았고, 다음으로 스프리움(
S. spurium)에서 각각 54.3%, 64.1%, 아크레(
S. acre)에서 각각 33.4%, 36.0%, 리플렉 섬(
S. reflexum)에서 각각 30.8%, 30.1% 순으로 높았다. 인공적인 고온 처리 후의 EL평가에서도(Table
1) 기린초(
S. kamtschaticum) 는 가장 낮은 고온 저항성을 나타냈고, 아크레(
S. acre)도 고온 저 항성이 낮게 나타나 일관성 있는 결과를 보였고, 리플렉섬(
S. reflexum)과 스프리움(
S. spurium)은 인공적인 고온 처리 후의 평 가보다 전해질 용출이 다소 높은 경향을 보였다.
알붐(
S. album), 루페스트레(
S. rupestre), 텔레피움(
S. telephium) 은 2회의 조사 시점에서 모두 전해질 용출이 적어 강한 고온 저항성 을 나타냈고 인공적인 고온 처리 후의 평가와 유사한 경향을 보였 다. 돌나물(
S. sarmentosum)은 인공적 고온 처리 후의 평가에서는 내서성 순위가 낮게 평가되었으나, 온도에 따른 전해질 용출량을 고려했을 때(Table
1) 47.5°C보다 낮은 온도에서는 용출량이 크지 않았으므로 최고 온도가 47.5°C 초과 하지 않는 실험지 옥상 환경 에서는 용출량이 낮게 나타났다. 전반적으로 내서성의 순위가 인공 적 고온 처리 후의 평가와 일관성 있는 경향을 나타냈고, 온도에 따 른 EL값도 강한 내서성을 나타낸 식물에 있어서는 유사한 경향을 보였으나, 내서성이 약한 것으로 나타난 기린초(
S. kamtschaticum), 스프리움(
S. spurium), 아크레(
S. acre), 리플렉섬(
S. reflexum)은 시스템 적용 평가에서 EL값이 상당히 높았다. 이는 생육상에서 나 타나지 않았던 옥상녹화시스템의 환경적 요인들이 스트레스로 작 용했기 때문인 것으로 판단되었다. 기린초(
S. kamtschaticum)와 스프리움(
S. spurium)을 제외한 대부분의 식물들이 현장에서 기록 된 최고 온도에서 50% 미만의 전해질 용출을 나타내어, 여름철 국 내 도시에 조성된 옥상녹화시스템 환경에 안정적으로 적응할 수 있 을 것으로 판단되었다.
Table 2.
Effects of high temperature on percent electrolyte leakage of eleven Sedum species grown in shallow-extensive green roof system.
Species |
Electrolyte leakage (%)z
|
|
24 Jul. 2003y
|
31 Jul. 2003x
|
|
S. acre
|
33.4 |
bw
|
36.0 |
b |
S. album
|
5.8 |
c |
7.0 |
d |
S. kamtschaticum
|
67.8 |
a |
69.8 |
a |
S. oryzifolium
|
10.4 |
c |
13.1 |
cd |
S. polystichoides
|
8.7 |
c |
13.2 |
cd |
S. reflexum
|
30.8 |
b |
30.1 |
bc |
S. rupestre
|
3.8 |
c |
4.1 |
d |
S. sarmentosum
|
3.6 |
c |
7.7 |
d |
S. sexangulare
|
14.3 |
bc |
16.3 |
bcd |
S. spurium
|
54.3 |
a |
64.1 |
a |
S. telephium
|
4.5 |
c |
5.3 |
d |