서론
옥상녹화에 대해 공학적 또는 식물학적으로 접근하 는 주요인 중 하나는 식재지반 및 식물생육의 문제가 우선적으로 해결된 후에 야 비로소 도시 내 생태학적 기능과 역할을 기대할 수 있기 때문이 다(Erica et al., 2007). 특히, 옥상은 극심한 건조, 높은 온도, 강한
햇빛과 바람으로 인해 식물이 생존하고 생육하기에 매우 불리한 환 경조건이다(Dunnett and Kingsbury 2004).
옥상녹화의 식생은 많은 요인에 의해 구성과 특징이 결정되나, 그 중 포괄적인 의미에서 볼 때, 식재지반은 수종의 다양성과 도입 가능 범위를 판가름하는 주된 기준이라 하겠다(Erica et al., 2007). 이에 국내에서는 옥상녹화 식물생육에 적합한 식재지반에 대한 탐 색이 꾸준하게 진행되고 있다. 토심 및 토양배합비(Choi et al., 2001, Park et al, 2010; Kang et al., 2012), 배수층 구조(Lee and Moon, 2000), 저토심(Kim and Heo, 2003: Huh et al., 2001; Huh et al., 2003), 멀칭재(Ju and Yoon, 2012), 재활용재료(Kim
et al., 2013), hydrophilic polymer(Yang et al. 2014), 유기질 토 양개량제(Ju et al., 2014)로, 식재지반 시스템에서 식재지반 내 토 양배합제에 대한 연구가 점차 증가되고 있음을 알 수 있다.
옥상녹화는 가급적 배수가 원활해야 하기 때문에(Lee and Moo, 2000), 펄라이트를 기반으로 하는 무기질 인공토가 대부분이다 (Kim and Huh, 2003; Korean Institute of Landscape Architecture, 2013). 왜냐하면, 이들 무기질계 인공토는 원하는대로 배합이 가능 하고, 시간이 경과함에 따른 물리적, 화학적, 구조적 안정성을 제공 해주기 때문이다(Graceson et al., 2014). 또한, 다양한 원료로부터 가공할 수 있고, 건물의 적재하중에 따라 무게를 조절할 수 있다는 장점이 있다. 하지만, 보수성보다 배수성이 우선시되기 때문에, 건 조한 환경에 쉽게 노출되게 된다. 무엇보다도, 토심이 얕을 경우, 주 변 환경적 변화에 대한 완충능력이 떨어져 식물생육에 부정적인 영 향을 줄 수 있다(Eo et al., 2007). 이를 최소화할 수 있는 대안 중 하 나는 유기질계 인공토를 옥상녹화용 식재지반으로 활용하는 것이 다(Kim et al., 2013). 유기질 성분은 식물의 생육을 증진시킬 뿐 아 니라, 장기적으로 토양환경을 개선하는 역할을 한다(Graceson et al., 2014). 하지만, 이들 무기질계 인공토와 유기질계 인공토간의 생육차이를 평가한 자료는 미흡한 실정이다.
따라서 본 연구는 옥상녹화에서 무기질계 인공토와 유기질계 인 공토가 초본인 돌나물과 목본인 순비기나무의 생육에 미치는 영향 을 살펴봄으로써, 유기질계 인공토의 효용성을 제시하고자 한다.
연구방법
1. 연구재료
2013년 5월에 실험구를 설치하여 그 해 10월까지 건국대학교 글로컬캠퍼스 복합실습동 2층 옥상에서 수행하였다. 실험구는 50cm(W)×50cm(L)×15(30)cm(H) 장방형으로 하부에 배수판을 설치한 후, 각 토양재료를 3반복으로 충전하였다.
토양재료는 옥상녹화 식재지반으로 일반적으로 사용되고 있는 무기질계 인공토(PARASO plant growth, Kyungdong Ceratech. Inc., Korea), 자연토(natural soil, sandy loam), 초본용 유기질계 인공토Ⅰ(CityGreenSoil, Hansel Green Inc., Korea), 목본용 유 기질계 인공토Ⅱ(StarGreenSoil, Hansel Green Inc., Korea)를 사용하였다. 구성하였다. 자연토는 교내 인근 산야에서 토층 약 30cm 이내의 표토(surface soil)를 사용하였다. 옥상 현장실험은 크게 초본과 목본으로 구분하였으며, 각각의 실험구는 무기질계 인 공토, 자연토, 유기질계 인공토Ⅰ을 초본생육실험으로, 무기질계 인공토, 자연토, 유기질계 인공토 Ⅱ를 목본생육실험으로 구성하 였다. 한편, 유기질계 인공토Ⅰ은 버텀애쉬 40%, 코코피트 35%, 마사토 10%, 부엽토 10%, 왕겨숯 5%로, 인공토Ⅱ는 코코피트 40%, 마사토 20%, 부엽토 20%, 질석 10%, 왕겨숯 5%, 제오라이 트 5%로 혼합한 토양이며, 이·화학적 특성은 Table 1 과 같다. 토심 은 옥상녹화에서 식물의 생존최소토심인 잔디·초화류 10cm, 소관 목은 20cm라는 기준(Korean Institute of Landscape Architecture, 2013)에 따라 초본실험은 토심 15cm, 목본실험은 토심 30cm로 구분하였다.
Table 1.
Physicochemical properties four substrate in growing media used in this experiment for green roofs.
| Treatment | Hydraulic Conductivity (cm/min) | pH (1:5) | EC (dS/m) | OM (%) | P (mg/kg) | T-N (%) | Ex. Cation(cmol+/kg) | CEC (cmol+/kg) | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
|
|||||||||||
| K+ | Na+ | Ca2++ | Mg2++ | ||||||||
|
|
|||||||||||
| IOSy | 14.75z | 7.1 | 0.01 | 0.00 | 3.60 | 1.7 | 0.03 | 0.01 | 0.07 | 0.01 | 0.80 |
| NS | 1.12 | 4.95 | 0.10 | 3.37 | 105.98 | 0.09 | 0.38 | 0.30 | 1.66 | 0.42 | 11.36 |
| OS1 | 0.18 | 4.39 | 0.40 | 3.13 | 132.46 | 0.13 | 0.43 | 1.91 | 0.56 | 0.33 | 11.12 |
| OS2 | 0.95 | 4.64 | 0.30 | 1.54 | 32.90 | 0.05 | 0.31 | 1.13 | 0.56 | 0.19 | 28.02 |
식물재료는 건조에 강해 척박지나 저토심에서 생육이 가능할 뿐 아니라 꽃과 잎이 모두 관상가치가 높아 최근 옥상녹화의 녹화식물 로 활용되는 돌나물(Sedum sarmentosum)과 우리나라 해안 주변 의 모래땅에 자생하고 있을 뿐만 아니라 잎, 꽃, 열매의 아름다음을 갖고 있어 관상이나 식물재료로서의 이용가치가 기대되는(Lee et al., 2004; Park et al., 2010) 순비기나무(Vitex rotundifolia)로 선 정하였다. 특히, 순비기나무는 임해지역의 상당한 고염도 토양조 건에서도 생존과 생육이 가능할 뿐 아니라, 내건성이 높아 이용범 위가 대단히 넓은 식물자원으로 보고되고 있다(Park and Kim, 2004). 돌나물은 지름 9cm 화분, 순비기나무는 수고가 약 15 cm의 비교적 균일한 식물을 각 처리구별로 식재하였다. 돌나물은 9본씩, 순비기나무는 3주씩 3반복으로 완전임의 배치한 후, 초기 활착을 위한 관수를 제외하고, 자연강우로 수분을 공급하였다.
2. 연구방법
기상관측은 생육기간인 2013년 6월부터 10월까지 자동기상관 측기(CEL-Nomad, Casella, Canada)를 이용하여 온도와 상대습 도, 강수량 등을 조사하였다. 실험기간 중 실험대상지의 평균온도 강우량, 상대습도는 Table 2와 같다. 평균온도는 6월, 7월, 8월, 9 월, 10월이 각각 24.41°C, 25.52°C, 27.7°C, 21.73°C, 14.2°C로, 8월이 가장 높게, 10월이 가장 낮게 나타났다. 상대습도는 강우량이 가장 적은 6월에 각각 60.11%인 반면, 장마기간인 7월에 79.25% 로, 6월과 7월의 차이를 비교해 볼 때, 약 32%가 증가되었다. 강우 량은 주로 7월에 676.2mm로, 10월에 12.4mm에 비해 약 55배의 강수량이 7월에 집중되고 있다는 것을 확인할 수 있었다.
Table 2.
Average of air-temperature and relative humidity, rainfall during experiment period for green roofs.
| Air temperature (°C) | Relative humidity (%) | Rainfall (mm) | |
|---|---|---|---|
|
|
|||
| June | 24.41 | 60.11 | 28.3 |
| July | 25.52 | 79.25 | 676.2 |
| Aug. | 27.7 | 68.47 | 148.6 |
| Sep. | 21.73 | 67.78 | 138.5 |
| Oct. | 14.2 | 71.1 | 12.4 |
식물의 생육은 시험구별 각 식물체에서 초장(초본) 및 수고(목 본), 근원직경, 줄기수, 엽장 ,엽폭, 엽수, 상대엽록소함량비 등을 조 사하였다. 돌나물의 초장은 줄기 기부에서 선단엽까지의 길이를, 순비기나무의 수고는 하단에서 정단부까지를 측정하였다. 근원직 경은 버니어 켈리퍼스(Digital vernier calipers, Mitutoyo, Japan) 를 이용하여 쟀다. 엽장, 엽폭은 각각의 실험구에서 표준잎 10개를 선정하여 측정하였고, 엽수, 줄기수는 직접 육안으로 쟀다. 상대엽 록소함량비는 휴대용 엽록소측정기(SPAD-205, Minolta, Japan) 로 5반복하여 측정한 값의 평균치로 하였다. 지상부 생육량은 돌나 물은 줄기 선단엽으로부터 10cm, 순비기나무는 정단부로부터 15cm로 전정하여 생체중을 측정한 후, 드라이오븐(C-DF, Chang Shin Scientific Co., Korea)으로 70°C에서 48시간 동안 건조하여 건물중을 측량하였다. 각 측정자료에 대한 통계적 분석은 SPSS Ver. 20.0(SPSS Inc., USA)를 이용하여 5% 유의수준에서 Duncan’s multiple range test로 유의성을 검증하였다.
결과 및 고찰
1. 돌나물
무기질계 인공토(IOS), 자연토(NS), 유기질계 인공토Ⅰ(OS1) 에 대한 돌나물의 전체적인 생육반응 결과는 Table 3과 같다. 돌나 물의 초장은 유기질계 인공토Ⅰ(OS1), 자연토, 무기질계 인공토 에서 각각 19.86cm, 11.12cm, 10.65cm로, 유기질계 인공토Ⅰ처 리구에서 가장 높았다(Fig. 1). 엽장과 엽폭 역시 유기질계 인공토 Ⅰ처리구에서 가장 높게, 자연토 처리구에서 가장 낮은 수치를 보 였다(Fig. 2, Fig. 3). 엽수는 유기질계 인공토Ⅰ처리구에서 33.74 개로, 무기질계 인공토 처리구와 자연토 처리구가 각각 12.56개, 15.44개인데 비해 약 2배 정도 높은 수치를 보였다(Fig. 4). 줄기수 도 엽수와 같은 경향을 보였으며, 유기질계 인공토Ⅰ처리구가 무 기질계 인공토 처리구와 자연토 처리구에 비해 약 2배 정도 높았다 (Fig. 5). 상대엽록소함량비의 경우, 유기질계 인공토Ⅰ처리구가 24.46로 가장 높게, 자연토 처리구가 6.77로 가장 낮았으며 통계적 인 차이가 확연하였다(Fig. 6). 지상부 생체중은 유기질계 인공토 Ⅰ처리구, 자연토, 무기질계 인공토 처리구에서 각각 0.77g, 0.60g, 0.45g으로, 유기질계 인공토Ⅰ처리구에서 가장 높았을 뿐 아니라 건물중 또한 0.12g, 0.11g, 0.07g으로 무기질계 인공토 처리구에 비해 유기질계 인공토Ⅰ처리구가 약 2배로 높았다(Table 3). (Fig. 7).
Table 3.
Growth characteristics of Sedum sarmentosum as affected by inorganic or organic substrate component in plant growing media for green roofs at October 2013.
| Substrate | Plant height (cm) | No. of stem | Length of leaf (cm) | Width of leaf (cm) | No. of leaf | Chlorophyll content (SPAD-Value) | Fresh Weight (g/plant) | Dry Weight (g/plant) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
|
||||||||
| IOSy | 10.65 bz | 14.44 b | 1.41 b | 0.47 b | 12.56 b | 11.29 b | 0.45 c | 0.07 b |
| NS | 11.12 b | 14.81 b | 1.1 c | 0.36 b | 15.44 b | 6.77 c | 0.60 b | 0.11 a |
| OS1 | 19.86 a | 28.78 a | 1.84 a | 0.74 a | 33.74 a | 24.46 a | 0.77 a | 0.12 a |
Fig. 1
Changes in plant height of Sedum sarmentosum as affected by inorganic or organic substrate component in plant growing media for green roofs (IOS; perlite, NS; natural soil, OS1; artificial compostⅠ).
Fig. 2
Changes in length of leaf of Sedum sarmentosum as affected by inorganic or organic substrate component in plant growing media for green roofs(IOS; perlite, NS; natural soil, OS1; artificial compostⅠ).
Fig. 3
Changes in width of leaf of Sedum sarmentosum as affected by inorganic or organic substrate component in plant growing media for green roofs(IOS; perlite, NS; natural soil, OS1; artificial compostⅠ).
Fig. 4
Changes in number of leaf of Sedum sarmentosum as affected by inorganic or organic substrate component in plant growing media for green roofs(IOS; perlite, NS; natural soil, OS1; artificial compostⅠ).
Fig. 5
Changes in number of stem of Sedum sarmentosum as affected by inorganic or organic substrate component in plant growing media for green roofs(IOS; perlite, NS; natural soil, OS1; artificial compostⅠ).
Fig. 6
Changes in chlorophyll content of Sedum sarmentosum as affected by inorganic or organic substrate component in plant growing media for green roofs(IOS; perlite, NS; natural soil, OS1; artificial compostⅠ).
Fig. 7
Sedum sarmentosum as affected by inorganic or organic substrate component in plant growing media for green roofs after 5 months (IOS; perlite, NS; natural soil, OS1; artificial compostⅠ).
이러한 결과를 종합해 볼 때, 유기질계 인공토Ⅰ은 옥상환경에 서 돌나물의 지상부 생육을 촉진시키는데 매우 효과적인 것으로 판 단된다. 돌나물는 무기질계 인공토에서 생육이 가장 저조하였는데 이는 펄라이트가 배수성은 뛰어나나 영양성분이 부족하고 보비력 이 낮았기(Table 1) 때문인 것으로 해석된다. 반면, 유기질계 인공 토Ⅰ 처리구에서는 다른 처리구에 비해 생육이 양호하였는데, 이 는 유기질계 인공토 내에 있는 버텀 어쉬(bottom ash)로 인한 것으 로 추정된다. 버텀 어쉬(bottom ash)는 황토를 주원료로 화력발전 소에서 발생되어 전량 매립되는 물질로(Kim et al., 2013), 식물생 육에 필수적인 영양소를 포함하고 있다(Mukhtar et al., 2003).
2. 순비기나무
무기질계 인공토(IOS), 자연토(NS), 유기질계 인공토Ⅱ(OS2) 에 대한 순비기나무의 전체적인 생육반응 결과는 Table 4와 같다. 수고는 무기질계 인공토 처리구, 자연토 처리구, 유기질계 인공토 Ⅱ 처리구에서 각각 95.25cm, 60.59cm, 42.15cm로, 무기질계 인 공토 처리구<자연토<유기질계 인공토Ⅱ 처리구 순으로 조사되었 다(Fig.8). 근원직경은 줄기의 직경으로서, 유기질계 인공토Ⅱ 처 리구가 11.69cm인데 비해, 무기질계 인공토 처라구에서는 6.75cm 로, 약 2배 정도 차이를 보였다(Fig. 9). 엽장과 엽폭은 유기질계 인 공토Ⅱ> 자연토> 무기질계 인공토 처리구 순으로 통계적인 차이 를 보였으며, 특히 엽장이 엽폭보다 그 차이가 뚜렷했다(Fig. 10, Fig. 11). 10월의 순비기나무의 상대엽록소함량비, 생체중, 건체중 은 처리구별 큰 차이를 보이지 않았다. 이러한 결과는 측정시점이 순비기나무가 낙엽이 지는 10월에 측정된 결과값으로, 지상부의 현존량(biomass)의 관점에서 볼 때, 돌나물과 같은 초본류에 비해 휴면기(dormant)의 목본류의 현존량은 인공토에 따른 뚜렷한 영 향을 받지 않는 것으로 해석된다. 하지만, 월별 상대엽록소함량비 의 변화를 살펴보면(Fig. 12, Fig. 13), 9월까지 처리구별 뚜렷한 차 이를 보이고 있어, 생육기(active growth period)에는 유기질계 인 공토Ⅱ 처리구가 자연토나 무기질계 인공토 처리구에 비해 순비기 나무의 생육에 긍정적인 영향을 줄 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 장 기적인 관점에서 볼 때, 옥상녹화에서 순비기나무의 원활한 생육을 위해서는 무기질계 인공토보다는 유기질계 인공토를 식재지반에 적용하는 것이 더 바람직할 것으로 판단된다.
Table 4.
Growth characteristics of Vitex rotundifolia as affected by as affected by inorganic or organic substrate component in plant growing media for green roofs at October 2013.
| Substrate | Plant height (cm) | Root collar diameter (mm) | Length of leaf (cm) | Width of leaf (cm) | Chlorophyll content (SPAD-Value) | Fresh Weight (g/plant) | Dry Weight (g/plant) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
|
|||||||
| IOSy | 42.15 cz | 6.75 c | 2.48 c | 1.75 b | 23.72 b | 1.01 a | 0.69 a |
| NS | 60.59 b | 8.89 b | 3.12 b | 2.44 a | 27.43 a | 1.11 a | 0.78 a |
| OS2 | 95.25 a | 11.69 a | 3.62 a | 2.57 a | 27.56 a | 1.30 a | 0.85 a |
Fig. 8
Changes in plant height of Vitex rotundifolia as affected by inorganic or organic substrate component in plant growing media for green roofs (IOS; perlite, NS; natural soil, OS2; artificial compostⅡ).
Fig. 9
Changes in root calliper of Vitex rotundifolia as affected by inorganic or organic substrate component in plant growing media for green roofs (IOS; perlite, NS; natural soil, OS2; artificial compostⅡ).
Fig. 10
Changes in length of leaf of Vitex rotundifolia as affected by inorganic or organic substrate component in plant growing media for green roofs (IOS; perlite, NS; natural soil, OS2; artificial compostⅡ).
Fig. 11
Changes in width of leaf of Vitex rotundifolia as affected by inorganic or organic substrate component in plant growing media for green roofs (IOS; perlite, NS; natural soil, OS2; artificial compostⅡ).
Fig. 12
Changes in chlorophyll content of Vitex rotundifolia as affected by inorganic or organic substrate component in plant growing media for green roofs (IOS; perlite, NS; natural soil, OS2; artificial compostⅡ).
Fig. 13
Vitex rotundifolia as affected by inorganic or organic substrate component in plant growing media for green roofs after 5 months (IOS; perlite, NS; natural soil, OS2; artificial compostⅡ).
무기질계 인공토에 유기질계 인공토를 배합할 경우, 가비중은 감소되고, 수분보유력이 증가함으로써 물리적인 개선효과가 비교 적 뚜렷한 것으로 보고되고 있다(Graceson et al. 2014). 금번 순비 기나무를 대상으로 한 생육실험에서도 무기질계 인공토 또는 자연 토보다 유기질계 인공토 Ⅱ에서 수고, 경경, 엽장과 엽폭의 생육이 보다 원활한 생육을 보였다. 이러한 결과는 옥상환경에서는 식물생 육을 위한 유기질계 인공토의 중요성이 강조된다고 하겠다. 반면, 본 실험에 사용된 유기질계 인공토 내 코코피트는 높은 칼슘과 마 그네슘의 흡착이 몇몇 작물에서 생육이 억제될 뿐 아니라 식물의 내 한성과 내병충성을 약하게 할 수 있어(Kreij and Leeuwen, 2001), 유기질계 인공토에 대한 좀 더 장기적인 모니터링이 요구된다.
본 실험은 토양내의 무기질과 유기질의 유무에 따른 식물의 생 육과의 관계성을 극대화하기 위해 단순비교실험을 수행했다는 한 계가 있다. 물론, 옥상환경에서 유기질계 인공토가 식물의 생육을 촉진한다는 결과는 얻었지만, 모든 식물에 적용된다고 보기는 어려 우며, 유기질계 인공토의 혼합비율과 이들 식물과의 상호관계성을
정밀하게 이루어져야 할 것으로 사료된다. 또한, 이러한 유기질계 인공토에 대한 화학적인 특성 뿐 아니라 물리적인 특성을 좀 더 세 밀하게 규명해야 할 것이다.
적요
본 연구는 옥상녹화에서 무기질계 인공토와 유기질계 인공토가 초본인 돌나물과 목본인 순비기나무의 생육에 미치는 영향을 살펴 봄으로써 유기질계 인공토의 효용성을 제시하고자 한다. 연구기간 은 2013년 5월에서 10월로 약 5개월이며, 식물종은 초본류에 돌나 물을, 목본류에 순비기나무를 대상으로 무기질계 인공토(Inorganic substrate=perlite, IOS), 자연토(natural soil, NS), 유기질계 인공 토Ⅰ(organic substrate=artificial compost Ⅰ, OS1), 유기질계
인공토 Ⅱ(organic substrate=artificial compost Ⅱ, OS2)로 구 성하였다. 돌나물의 초장, 줄기수, 엽수, 상대엽록소함량비는 유기 질계 인공토 Ⅰ처리구(OS1)> 자연토 처리구(NS)> 무기질계 인 공토(IOS) 순으로 높았으며, 통계적인 차이가 뚜렷하였다. 생체중 과 건물중 또한 OS1, NS, IOS 처리구 순으로 생육결과와 비교적 유사한 경향을 보였다. 순비기나무는 수고, 경경, 엽장, 엽폭은 유기 질계 인공토 Ⅱ(OS2)> 자연토 처리구(NS)> 무기질계 인공토 (IOS) 순으로 유의적으로 높았으며, 특히 유기질계 인공토 Ⅱ 처리 구에서 단기간의 실험임에도 불구하고 그 차이가 뚜렷했다. 이에 옥상녹화의 식재지반에서 무기질계 인공토의 단용처리는 식물생 육에 부정적인 영향을 미칠 수 있으므로 식물생육을 위한 적정비율 의 유기질계 인공토의 활용이 요구된다.
PDF Links
PubReader
Full text via DOI
Download Citation
