1. 서 론
2. 연구 방법
2.1 실험구 조성
2.2 연구재료
2.3 측정항목 및 방법
2.4 분석
3. 결과 및 고찰
3.1 토양수분함량
3.2 식물생육
3.3 생리특성
4. 결 론
1. 서 론
옥상녹화는 도심 내 추가적인 토지 확보 없이 녹지 확대가 가능하며 이상기후 피해 완화 및 도시열섬현상 완화, 에너지 절약을 위한 대안으로 고려되고 있다 (Han et al. 2016). 이러한 옥상녹화 중 초본류 위주의 식재 조성과 낮은 토심으로 지속적인 유지관리 없이도 식생이 유지되어 건축물의 하중과 관리 부담이 적은 저관리 경량형 (extensive green roof) 옥상녹화가 주목받고 있다 (Kim and Park 2013). 하지만 옥상은 자연환경과 비교했을 때, 높은 고도와 강한 일사, 바람에 대한 노출, 극심한 온도 변화, 수자원 확보가 어렵다는 단점과 함께 저관리 경량형 옥상녹화 조성 시 토양층 기반이 얕아 식물 생육에 불리한 조건을 가지고 있다 (Han et al. 2016).
아울러 옥상은 식물이 필요로 하는 양분의 운반 및 팽압유지, 식물체온의 하강 등의 역할을 하는 토양수분함량 또한 확보하기 어려운 환경이며 (Lee et al. 2010) 식재 수종 선택의 제한에 따라 식생 다양성이 감소하고, 낮은 토심으로 인해 옥상에 식재된 식물들의 수분스트레스가 극심해져 옥상녹화의 다양한 효과를 기대하기 어렵다 (Kim et al. 2015).
이러한 저관리 경량형 옥상녹화의 한계점을 극복하기 위해 빗물의 표면 유출을 감소시켜 토양 내로 수분 침투를 증가시키며 토양표면의 증산을 억제해 근권부의 수분함량을 보존하는 멀칭 (mulching)이 주목받고 있다. 멀칭은 수분함량 보존뿐만 아니라 토양의 물리성을 개선하고 토양 내 무기함량을 증가시켜 식물 생장에 도움을 준다 (Ju and Yoon 2012). 그 중 무기물 멀칭보다 토양의 물리, 화학적 개선 효과가 우수한 유기물 멀칭재가 각광 받고 있는 실정이다 (Lee et al. 2010). 현재 국내에서 옥상녹화의 멀칭재에 관한 연구는 무관수 옥상녹화에서 유기질 비료와 멀칭재에 따른 리아트리스 생육 반응 (Ju and Yoon 2012) 및 옥상녹화에서 멀칭재에 따른 토양수분변화와 식물 생육 반응 (Woo 2019) 등이 이루어졌지만 저관리 경량형 옥상녹화에서 유기물 멀칭재의 유형에 따른 토양수분함량 및 식물 생육과 생리에 미치는 영향에 관련된 현장적용 실험은 부족한 실정이다. 따라서 본 연구는 저관리 경량형 옥상녹화에서 수분에 민감한 식물인 동자꽃을 식재하여 유기물 멀칭재의 유형이 토양수분함량과 식물 생육에 미치는 영향을 살펴보고 비교 분석하여 저관리 경량형 옥상녹화의 한계를 극복하기 위한 방안을 마련하고자 수행하였다.
2. 연구 방법
2.1 실험구 조성
본 연구는 충북 충주시 소재 대학교 캠퍼스 내 건물 옥상에서 2021년 5월부터 8월까지 수행하였다. 환경조건은 월별 평균기온 5월 16.2˚C, 6월 22.1˚C, 7월 26.4˚C, 8월 24.4˚C로 조사되었으며 월별 평균 강수량은 5월 9.9 mm, 6월 9.3 mm, 7월 23.9 mm, 8월 14.9 mm였다. 실험구는 50 cm × 50 cm × 20 cm의 정방형 모듈에 3 cm 배수판을 설치하였고, 토양의 유실 방지를 위해 부직포 (Roof barrier seats, Citygreen, Korea)를 깔아주었다. 그 위로 식재지반은 경량형 인공토양 (Citygreensoil, Hansulgreen, Korea)을 15 cm로 균일하게 포설하였으며, 멀칭재를 사용하지 않은 대조구 (Cont.; Control)와 멀칭재료를 각각 3 cm의 높이로 포설한 (C.O; Cocochip, W.O; Woodchip, S.T; Straw, S.A; Sawdust) 5가지 처리구를 3반복하여 총 15개의 실험구를 조성하였다 (Fig. 1). 또한 저관리 경량형 옥상녹화의 특성상 인위적 관수는 실시하지 않고 강우에 의존하였다.
2.2 연구재료
식물재료는 유기물 멀칭재의 수분 보유력을 확인할 수 있는 습도에 민감한 동자꽃 (Lychnis cognata)을 식재하였고 (Song 2007), 유기물 멀칭재료는 토양수분 및 온도 유지 효과가 있는 코코칩 (C.O), 우드칩 (W.O), 짚거적 (S.T), 톱밥 (S.A)을 사용하였다 (Table 1).
Table 1.
Materials for experiments
2.3 측정항목 및 방법
동자꽃의 생육이 가장 활발한 개화 시기 (5 - 7월)를 기준으로 (Kim 2011) 토양수분함량과 식물의 생육 및 생리 모니터링을 실시하였다. 초장, 엽장, 엽폭, 엽수, 경경, 상대엽록소함량을 2주 간격으로 조사하였으며 실험 종료 후, 식물체를 수거하여 생체중, 건물중을 쟀다. 초장, 엽장, 엽폭은 30 cm 스테인리스 자 (Stainless steel ruler, SB, Korea)를, 경경은 디지털 버니어 캘리퍼스 (Digital vernier calipers, Sparkfun, Japan)를 사용하여, 엽수는 육안으로 직접 조사하였다. 상대엽록소함량은 휴대용 엽록소측정기 (Spad-502, Minolta, Japan)로 잎의 중앙부 근처를 3반복하여 모니터링하였으며 유기물 멀칭재에 따른 토양수분함량은 기기를 (Hobo usb micro station data logger, Mx2301, USA)이용해 매일 30분 간격으로 측정하였다. 생체중은 미세전자저울 (SF-400C, Electronic Compact Scale, China)로, 건물중은 드라이오븐 (C-DF, Changshin Sci Co, Korea)을 사용하여 70˚C에서 72시간 건조 후 미세전자저울을 이용했다. 이렇게 조사된 생체중과 건물중으로 체내수분량 (생체중-건물중)을 산출하였다.
2.4 분석
본 연구에서 수집된 데이터는 Pasw statistics 28 (SPSS Inc. USA)을 이용해 일원배치 분산분석 (One-way ANOVA)을 실시하였으며, 처리구간 평균값은 Duncan 다중검정 (p ≤ 0.05)으로 각 실험구 간 유의성을 검증하였다. 또한 Sigmaplot 12.3 (Systat software, Inc., San jose, Ca, USA)을 사용하여 그래프로 나타냈다.
3. 결과 및 고찰
3.1 토양수분함량
유기물 멀칭 유형에 따른 토양수분함량은 다음과 같다 (Fig. 2). 5월부터 7월까지 S.A실험구에서의 토양수분함량이 다른 실험구에 비해 현저히 낮았으며, S.A를 제외한 나머지 처리구에서 통계적인 차이는 미미했으나 W.O > S.T > Cont. > C.O 순으로 나타났다. 즉 대조구를 기준으로 W.O과 S.T처리구에서 수분함량이 높았고 C.O과 S.A처리구순으로 토양수분함량이 낮게 나타났다. 이는 코코넛 코이어 배지에서 chip이나 fiber의 함량이 감소할수록 평균 수분함량과 최소 수분함량이 증가한다는 것을 고려해볼 때 (Park et al. 2010), 배지 내 코코칩 함량이 토양수분함량에 영향을 준 것으로 판단된다. 또한 S.A처리구는 다른 모든 처리구와 유의한 차이를 보이며 토양수분함량이 가장 낮았는데 이는 수분흡수력이 높은 톱밥 (Kim 2019)자체의 성질 때문인 것으로 판단되며 토양 내 유기물 처리에 따른 수분함량은 상당히 달라질 수 있음을 (Kim et al. 2017) 시사한다.
3.2 식물생육
옥상녹화에서 유기물 멀칭 유형에 따른 동자꽃의 생육 항목별 결과, 초장은 S.T > Cont. > C.O > W.O > S.A 순으로 W.O를 제외하고 멀칭재별 토양수분함량의 결과와 비교적 일치하였다. 특히 S.T와 C.O실험구에서 대조구와 함께 높게 조사되었으며 통계상 뚜렷한 차이를 보였다. 엽장의 경우, S.T와 C.O실험구에서, 엽폭은 C.O과 W.O실험구에서 대조구에 비해 높게 나타났다. 엽수는 모든 실험구가 대조구에 비해 적었으나 경경의 경우, S.A > C.O > Cont. > W.O > S.T 순으로 멀칭재별 토양수분함량의 결과와 비교적 상반되게 나타났다 (Table 2). 특히 토양수분함량이 높았던 W.O처리구의 경우 초장, 엽장, 엽수, 경경에서 타 처리구에 비해 비교적 낮은 생육을 보이며 대조되는 결과가 나타났다. 이는 주로 산지의 반그늘에 습지가 많은 환경에서 자라는 자생종인 동자꽃이 차광없는 옥상의 고온 저습한 환경에 지속적인 노출로 인한 영향으로 판단된다. 특히 동자꽃은 습한 조건에는 강한 편이지만 건조에는 무척 약하므로 한발이나 여름철 고온장해를 줄여 주는 것이 좋으며, 화단이나 화분에 심어 키를 낮추려면 햇빛이 잘 드는 곳에 관리한다 (Song 2007). Kim (2004)은 내음성 지피식물인 참비비추 (hosta clausa)를 대상으로 차광을 하지 않은 Control구가 조절구에 비하여 엽의 신장과 신장율, 엽폭 증가 역시 낮은 경향을 보였고 차광조절구에서 엽수의 높은 증가율을 보여 내음성 식물은 전일광보다 차광하에서 생육이 더 좋은 환경임을 구명하였다. 따라서 토양수분함량과 관계없이 실험기간 동안 월평균 34˚C - 38˚C의 차광없는 무관수 옥상환경에서 동자꽃의 생육이 전반적으로 저하된 것으로 판단된다. 특히 C.O처리구는 멀칭 배지의 특성이 영향을 준 것으로 생각된다. 코코넛 코이어 배지는 수분에 민감하여 측정위치에 따라서도 수분함량 차이가 나타나는데 적정한 수준의 chip 함량의 배지에서 급액 후 배지 내 수분이 수직보다 수평으로 많이 이동하였다고 예측한 바 (Park et al. 2014), 호습성인 동자꽃의 생리적 특성과 함께 엽장, 엽폭, 경경의 항목에서 대조구보다 좋은 생육을 보인 것으로 사료된다.
Table 2.
Growth characteristics of Lychnis cognata by organic mulching materials in 2021
3.3 생리특성
3.3.1 상대엽록소함량
저관리 경량형 옥상녹화에서 유기물 멀칭재 유형에 따른 동자꽃의 상대엽록소함량 분석 결과, C.O > W.O > S.A > S.T > Cont.의 순으로 멀칭재를 처리한 모든 실험구에서 대조구보다 높게 나타나 멀칭재 처리가 여름철 엽록소함량 유지에 효과적인 것으로 나타났다. 반면 무처리구는 5월에는 엽록소함량이 가장 높은 26.16을 보였으나 7월의 경우 12.15로 급격히 감소하였다 (Fig. 3). 멀칭재별 상대엽록소함량 차이는 토양 내 수분함량이 엽록소함량에 영향을 미치는데 (Park 2017), 실험 대상지인 옥상의 고온저습한 환경과 여름으로 인한 폭염이 지속되면서 무관수에서나 고온에서의 생육감소 등 각 식물 종의 생육 특성으로 인한 생육저조의 결과로 (Han et al. 2016) 무관수 환경과 함께 상대적으로 내건성이 약한 동자꽃의 생육환경에 적합하지 않아 상대엽록소함량이 지속적으로 저하된 것으로 판단된다.
3.3.2 체내수분량
유기물 멀칭재 종류에 따른 생체중은 C.O, S.A, Cont., W.O, S.T처리구의 순으로 높게 나타났고, 건물중의 경우 C.O > Cont. > S.A > W.O > S.T의 순으로 나타났다. 생체중과 건물중간 중량은 대조구와 비교하여 볼 때 S.A처리구를 제외하고 순서의 변화가 없었다. 이는 토양수분함량 결과에서와 같이 수분흡수력이 높은 톱밥 자체의 성질에 기인한 것으로 판단된다. 생체중은 실험구별 유의적인 차이가 나타나지 않았으나 건물중에서는 유의적인 차이를 보였다 (p ≤ 0.05).
이어서 멀칭재 유형별 동자꽃의 체내수분량은 S.T > W.O > C.O > S.A > Cont. 순으로 멀칭재를 처리한 모든 실험구에서 대조구보다 체내수분량이 높게 나타났다 (Fig. 4). 체내수분량이 높게 측정된 S.T과 W.O실험구의 경우 토양수분함량에서도 대조구를 기준으로 수분함량이 높게 나타난 것을 고려해볼 때 식물의 체내수분량은 토양수분함량과 밀접한 연관이 있으나 배지 상태, 멀칭재 자체 성질에 따라 달라질 수 있는 것으로 판단된다.
4. 결 론
본 연구는 저관리 경량형 옥상녹화에서 동자꽃의 생육 및 생리특성, 배지 내 토양수분함량에 대한 유기물 멀칭재 유형의 영향을 구명하기 위해 수행되었다. 실험구는 멀칭재를 사용하지 않은 대조구 (Cont.; Control)와 코코칩 (C.O; Cocochip), 우드칩 (W.O; Woodchip), 짚거적 (S.T; Straw), 톱밥 (S.A; Sawdust) 등, 총 5개의 처리구로 조성하였다. 실험결과 유기물 멀칭재 유형에 따른 토양수분함량은 W.O > S.T > Cont. > C.O > S.A 순으로 높게 나타났으며, 특히 S.A처리구에서 유의적 차이를 보였다. 동자꽃 초장에서 S.T > Cont. > C.O > W.O > S.A의 순으로 생육이 좋았으며, 초장을 제외한 다른 측정항목에서의 멀칭재별 유의적인 차이는 미미하였다. 상대엽록소함량은 C.O > W.O > S.A > S.T > Cont. 순으로 높았으며, 멀칭재 유형별 동자꽃의 체내수분량 또한 멀칭재를 처리한 모든 실험구에서 대조구보다 높게 나타나 유기 멀칭재 처리가 식물의 엽록소함량 및 체내수분량 유지에 효과적인 것으로 판단된다. C.O처리구에서 동자꽃의 생육 및 생리측정 결과가 비교적 우수하였으나 토양수분함량에서는 상반된 결과를 보였다. 이러한 결과는 멀칭재 종류에 따른 토양수분함량과 수분보유 시간의 차이가 있어 식재 시 각 식물의 특성에 맞는 멀칭재 사용이 요구되며 저관리 경량형 옥상녹화에서 수분 스트레스에 약한 수종 선정 시 유기물 멀칭을 통해 극복할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 한정적인 수종과 장소, 각 멀칭재 자체의 수분보유량을 확인할 수 없다는 한계가 있어 추후 멀칭재 처리에 따른 다양한 수종의 장기적 생육 모니터링뿐만 아니라 저관리 경량형 옥상녹화에서 유기물 멀칭재 유형에 따른 토양환경 차이에 관한 정량적 연구가 필요할 것으로 사료된다.
