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서 언

 우리나라의 도시화율은 1960년대 35.4%에서 2010년 90.7%로 급속하게 높아졌으며, 2020년까지는 92% 수준으로 높아질 것으로 전망된다. 이러한 산업화로 인한 도시의 인구집중 현상은 도시 내의 토지부족 및 지가상승을 초래하였으며 이로 인하여 토지이용의 극대화가 추진되었다. 그 결과로 도심에서 건물이 차지하는 면적이 점차 늘어남에 따라 상대적으로 도시공간에서의 녹지는 급격히 감소하게 되었다(Jang 2004). 이와 같은 도시화의 역기능에 따른 대기오염과 함께 도시열섬현상 등 많은 문제점을 유발시키게 되었다. 최근 이러한 문제해결을 위한 여러 가지 대안 중에서 녹지면적을 확보하기 위한 방법으로 옥상녹화가 주목을 받고 있다. 이와 관련하여 국내의 옥상녹화 연구는 80년대 중반부터 옥상정원으로 시작하여 90년대 도시환경과 생태개념이 자리를 잡았고 독일의 옥상녹화가 알려지면서 옥상녹화의 개념으로 발전되었다(Lee 2004).

 옥상녹화의 유형은 저관리 경량형(Extensive Green Roof System), 관리 중량형(Intensive Green Roof System), 혼합형의 3가지 형태로 구분하고 있으며(The Seoul Metropolitan Government 2007), 2010년 서울시를 시작으로 옥상녹화 건축주에 대하여 시공비 일부를 지원해 주고 있다(Ahn et al. 2011; Lee et al. 2011). 특히, 저관리 경량형 옥상녹화 시스템은 저 토심으로 유지관리가 용이하고 영구적인 관수시설이 불필요하며 생육토심이 15cm 이하로 시설비용이 적게 들어 넓은 면적에 조성이 가능하며, 하중부담이 적어 기존 건물에도 도입이 용이하여 급속히 증가될 것으로 예상되기 때문에(Emilsson and Rolf 2005), 최소 유지관리만으로도 건전하게 생육할 수 있는 식물재료 선발과 유지관리에 관한 심층적 연구가 요구된다(Park et al. 2010). 초기의 옥상녹화는 이용을 전제로 한 집중관리 중량형옥상녹화시스템이 도입되었으나 비용이 많이 들고 건물에 대한 하중부담이 크다는 문제점 때문에 최근에는 저관리 경량형옥상녹화 시스템에 대한 연구와 시공이 활발하게 수행되고 있다(Kim et al. 2012). 옥상녹화에 대한 초기의 국내 기술개발은 녹화공법에 대한 비율이 높았으나, 2000년 이후 시스템구조 및 기술특허가 급격히 증가하였고 이후 녹화에 필요한 재료와 녹화용구조물의 개발이 활발하며(Han et al. 2009), 지속적인 재배가 가능한 식물의 유지관리 기술개발과 인공지반의 특성에 적합한 녹화용 식물소재의 개발을 필요로 하고 있다.

 국립원예특작과학원에서 2002년부터 2007년에 걸쳐 서울시 예산지원으로 조성된 옥상녹화지의 녹화식물에 대하여 조사한 결과, 활용된 식물의 종류가 평균 22.8종이었으며 그 중 교목은 평균 0.5종, 관목은 2.0종, 초본은 약 20.3종으로 대부분 초본성 식물로 조성되어 식물종의 다양성이 부족하였으며 옥상정원의 활용도가 낮은 것을 확인하였다. 특히, 저관리 경량형옥상정원에 활용되는 식물은 주로 내한성과 건조에 강한 식물 위주로 선택되고 있으며(Suh et al. 2006), 일부 옥상정원용 자생식물을 선발하여 활용을 추천하고 있었다(Jeong 2012). Kim et al.(2012)은 최근 옥상정원 이용자를 대상으로 식재 선호도를 조사한 결과 관목은 꽃과 열매가 아름다운 관상수의 선호도가 높았으며, 지피식물에서는 야생초화류의 선호도가 높았다. 따라서 본연구는 옥상정원의 식물 종 다양성 확보를 위하여 중부지방의 저관리 경량형옥상정원에서 월동이 가능하며, 안정적인 지피특성을 보이는 초본성 자생식물을 선발하고 이의 활용을 추천하고자 수행하였다.

재료 및 방법

 2011년 4월에 자생화 생산농장에서 생산한 금낭화, 곤달비, 산국 등 초본성 자생식물 82종을 서울특별시 서초구 화훼공판장 옥외매장에서 9cm 포트에 식재된묘를 공급받아 개체가 균일하고 생육상태가 양호한 것만을 골라 실험에 활용하였다(Table 1). 실험시설은 2011년 국립원예특작과학원 수원 탑동캠퍼스 3층 건물의 옥상에 저관리 경량형 시험용 베드를 설치하여 활용하였다. 설치구조는 콘크리트 바닥위에 방수와 방근용 시트를 깔고 그 위에 폭 150cm, 길이 10m, 높이 32cm의 베드를 만들고 베드 내부에는 3cm 높이의 배수판을 바닥에 펴고 그 위에 용토의 유실을 막기 위하여 부직포를 덮고 그 위에 15cm 깊이로 용토를 채웠다. 사용된 용토는 원예용상토로 많이 이용되는 피트모스와 펄라이트를 7:3의 비율로 혼합하여 활용하였다. 실험식물의 정식은 2011년 5월 6일 별도의 비료나 퇴비의 시용 없이 5주씩 3반복으로 25cm 간격으로 정식하였다. 정식 후의 관리는 초기 활착을 위하여 정식 후 1개월간은 주 1회 관수하였으나 이후에는 무관수로 관리하였다. 병충해의 방제는 돌발적으로 발생하는 나방 유충의 방제를 위하여 2011년 1회, 2012년 2회 살충제를 살포하였으며, 추가 방제 없이 관리하였다.

Table 1. Herbaceous native plants provided for experiment.

 주요 조사항목으로는 실험식물의 초장, 초폭, 분지수, 지피도, 생존율, 월동 후의 생육상태와 월동 유무 등을 조사하였다. 특히, 옥상정원에서 종에 따라 지상부의 생육시기가 달라 최종적으로 월동후 식물종별 줄기와 잎의 생육이 왕성한 시기를 기준으로 5월에 3종(꽃무릇, 상사화, 복수초), 6월에 14종(투구꽃, 산마늘, 족두리풀, 자주꽃방망이, 금낭화, 애기나리, 솔나리, 하늘나리, 참나리, 하늘말나리, 붉은동자꽃, 둥굴레, 무늬둥굴레, 큰앵초), 그 이외의 종들은 9월에 초장, 초폭, 분지수, 지피도 등을 조사하여 선발에 활용하였다. 또한 모든 종에 대한 월동 후 생육상태와 생존율은 2년차인 2012년 5월에 육안조사를 실시하였으며, 뿌리의 생육은 2년차인 2012년 10월에 식물체를 굴취하여 근장과 근수를 조사하였다. 생육기간 중의 실험시설의 환경변화의 측정을 위하여 케나다 데이터로거(CR-1000x, Campbell Scientific Inc., USA)와 온도센서, TDR 수분센서 등을 이용하여 옥상의 콘크리트 표면과 식물이 식재된 지중10cm 깊이의 지중온도와 토양수분 등을 조사하여 분석에 활용하였다.

결과 및 고찰

 정식 1년 후 생육특성을 조사한 결과 초장, 초폭, 분지수 등 지상부의 생육은 그 식물의 고유특성과 환경에 따라 매우 다양한 특성을 나타내었다. 초장이 90cm 이상 큰 식물은 쑥부쟁이와 참취 2종 이었고 잔대, 배초향 등 6종은 61 ~ 90cm, 산부추, 두메부추 등 18종은 31 ~ 60cm, 돌단풍, 투구꽃 등 46종은 30cm 미만이 었으며 8종은 고사하여 측정이 불가능하였다. 초폭이 90cm 이상으로 큰 식물은 쑥부쟁이, 양지꽃, 잔대, 황금 4종이었고, 산국과 물싸리 2종은 61 ~ 90cm, 범부채, 섬초롱꽃 등 30종은 31 ~ 60cm, 돌단풍, 투구꽃 등 36종은 30cm 미만으로 대부분의 종들이 60cm 미만이었다. 분지수도 분지되지 않은 투구꽃과 복수초와 같이 1개에 서 부터 애기기린초와 섬백리향 등과 같이 100개 이상까지 매우 다양한 특성을 보였다. 지하부의 생육을 나타내는 근장과 근수도 그 식물 고유의 특성과 환경적 특성에 따라 다양한 분포를 보였는데 근장은 섬기린초, 층꽃풀, 원추리, 흰줄무늬비비추는 50cm 이상으로 길었고 애기나리와 처녀치마 등 9종은 10cm 미만으로 상대적으로 짧았다. 근수는 벌개미취, 수크령, 참취 등 21종이 100개 이상으로 많은 반면, 용담과 제비동자 등 8종은 10개 이하로 적었다(Table 2).

Table 2. Growth characteristics of native herbaceous plants grown for 16 months in roof garden adopting extensive green roof system in the central region of Korea.

Table 2. (Continued).

 월동여부와 월동 후 초기생육, 녹화기간, 최종 생존율에 대한 조사결과 종들 간에 다양한 차이를 보였다(Table 3). 식물별로 월동이 양호한 종은 돌단풍, 잔대 등 63종이었고 부분적 월동이 가능한 종은 투구꽃과 쑥부쟁이 등 12종이었으며, 월동이 불가능한 종은 8종으로 석창포, 자란, 얼레지, 털머위, 백양꽃, 상사화, 삼백초, 백리향 등 이었다. 월동하지 못한 석창포, 자란, 털머위, 백양꽃, 상사화, 삼백초는 주로 남부지역에서 얼레지, 백리향은 북부지방까지 자생하고 있었다(Kim 2008). 이들 종이 월동하지 못한 원인은 석창포, 자란, 털머위, 백양꽃, 상사화, 삼백초는 겨울철 저온, 얼레지와 백리향은 생육기간 중 고온, 건조로 인한 세력약화가 주된 원인으로 추정되었다. 월동이 가능하였던 75종에 대한 월동 후 초기생육은 벌개미취와 참취 등 58종의 생육이 양호했던 반면에 17종인 투구꽃, 복수초, 산마늘, 용머리, 용담, 처녀치마, 노루귀, 곰취, 솔나리, 하늘말나리, 제비동자, 개상사화, 까치수염, 큰앵초, 연잎꿩의다리, 뻐꾹나리, 종지나물의 경우 초기생육이 저조하여 옥상녹화식물 적용시 관리에 주의를 필요로 했다.

Table 3. Greening period and overwrintering status of herbaceous native plants planted in roof garden adopting extensive green roof system in the central region of Korea.

Table 3. (Continued).

 실험기간 중 녹화가능 시기는 대부분 종이 4 ~ 10월 이었으나 생육이 일찍 시작되는 돌단풍, 산부추, 두메부추, 산마늘, 산국, 노랑꽃창포, 맥문동, 꽃무릇, 수호초, 돌마타리, 양지꽃, 기린초, 애기기린초, 섬기린초는 3월 중하순부터 녹화가 시작되었고, 생육이 늦게 시작되는 잔대, 층꽃풀, 은방울꽃, 윤판나물, 곤달비, 까치수염, 둥굴레, 수크령, 오이풀, 연잎꿩의다리는 4월 하순에 생장을 시작하여 5월 초순이 되어야 녹화가 가능하였다. 또한 녹화기간이 7개월 이상 비교적 긴 식물은 돌단풍, 산부추, 두메부추, 범부채, 만삼, 패랭이, 꽃창포, 붓꽃, 노랑꽃창포, 곰취, 수호초, 양지꽃, 기린초, 애기기린초, 섬기린초 이었으며, 5개월 이하로 짧은 식물은 복수초, 족두리풀, 자주꽃방망이, 은방울꽃, 금낭화, 하늘나리, 붉은동자꽃, 진노랑상사화, 큰앵초, 뻐꾹나리이었다(Table 3).

 정식 1년 후 식물별 녹화면적을 조사한 결과 그 식물의 고유 생육특성과 환경에 따라 매우 다양한 분포를 보였다. 특히 실험에 활용된 82종 중 일부 종은 생육시기가 다르거나 여름철 고온, 다습에 의하여 줄기가 고사되어 녹화면적의 조사가 불가능 하였다. 따라서 상사화, 꽃무릇, 복수초는 5월에, 투구꽃, 산마늘, 족두리풀, 자주꽃방망이, 금낭화, 애기나리, 솔나리, 하늘나리, 참나리, 하늘말나리, 붉은동자꽃, 둥굴레, 무늬둥굴레, 큰앵초는 6월에 조사결과를 활용하였으며, 이외 55종은 9월에 측정한 결과를 분석에 활용하였다. 월동 후 생육이 불량한 10종을 제외한 72종의 녹화면적을 측정한 결과 녹화면적이 100cm² 이하 식물은 투구꽃, 복수초 등 33종이었고, 100 ~ 300cm²는 배초향, 벼룩울타리 등 27종, 300 ~ 500cm²는 돌단풍, 산국 등 7종, 500cm² 이상은 참당귀, 황금 등 5종으로 대부분의 종들이 300cm² 이하의 녹화면적을 나타내었다(Fig. 1). 녹화면적이 우수한 종에서 배초향, 층꽃풀, 산국, 금불초는 종자가 넓게 비산되었다(Table 3). 일반적으로 경량형 옥상정원은 토심이 20cm 이하의 경량토로 조성되며(Kim et al. 1999), 단용 또는 혼합하여 10 ~ 15cm의 토양층에 적합한 초본류를 식재하게 된다(Kim et al. 2010). 따라서 대부분 관련 연구들이 세덤류를 대상으로 이루어져오다(Kim and Huh 2003; Kim and Lee 2005) 최근 들어 일부자생식물 및 원예식물이 이루어지고 있다(Jeong 2012; Kim 2012). Jang and Lee(2011)는 초본식물의 지피 양상을 식재지형, 인접잠식형, 포복확산형, 산발확산형으로 분류하였고, 종별로는 식재지형에 무늬둥굴레, 해국, 포복확산형에 돌나물, 섬백리향, 인접잠식형은 기린초와 애기기린초, 산발확산형은 구절초와 층꽃나무 이었다고 하였는데, 본 결과에서도 돌단풍, 산부추, 두메부추, 곤달비, 맥문동, 작약 등은 주변에 확산이 되지 않는 식재지형에 속했으며, 비교적 지피성이 우수했던 벌개미취, 섬초롱꽃, 물싸리, 황금, 기린초, 애기기린초, 섬기린초 등은 인접잠식형으로 식재시 적정거리의 유지를 필요로 하였으며, 양지꽃, 섬백리향은 포복형으로 지피속도가 빨라 관리를 필요로 하였다. 특히, 배초향, 층꽃나무, 산국, 금불초, 참취 등은 산발확산형으로 식재지를 중심으로 종자가 비산하여 산발적으로 확산되어 타종에 이입되므로 활용시 주의를 필요로 하였다. 이상의 결과를 바탕으로 생장량, 생존율, 녹화기간 등이 우수하고 종자의 비산 등에 의한 타종의 이입이 적었던 45종인 잔대, 산부추, 두메부추, 벼룩이울타리, 참당귀, 벌개미취, 참취, 범부채, 섬초롱꽃, 패랭이, 금낭화, 윤판나물, 용머리, 원추리, 붉은단풍취, 비비추, 흰줄무늬비비추, 옥잠화, 꽃창포, 붓꽃, 노랑꽃창포, 곤달비, 맥문동, 하늘나리, 참나리, 꽃무릇, 돌단풍, 강활, 수호초, 작약, 수크령, 도라지, 둥굴레, 무늬둥굴레, 양지꽃 물싸리, 할미꽃, 오이풀, 황금, 기린초, 애기기린초, 섬기린초, 세잎꿩의비름, 산비장이, 섬백리향을 선발하였다.

Fig. 1. Soil surface covering extent of herbaceous native plants in roof garden adopting extensive green roof system in the central region (2012, Suwon). ^*Planting: May, 2011, Investigation: Sept., 2012 (exception: May - L. radiata, L. squamigera, A. amurensis, June-A. jaluense, A. victorialis, A. sieboldii, C. glomerata var. dahurica, D. spectabilis, D. smilacinum, L. cernuum, L. concolor, L. lancifolium, L. distichum, L. cognata, P. odoratum var. pluriflorum, P. odoratum var. pluriflorum f. variegatum, P. jesoana).

 저관리 경량형옥상정원에서 2011년 식물식재 후의 온도와 토양수분의 변화를 조사한 결과 토양온도의 변화는 6월에서 9월까지 평균 20 ~ 30℃, 10월에는 10 ~ 20℃ 범위였으며, 평균과 최고기온과의 차는 1℃전후로 그 편차가 매우 적었다. 같은 기간에 옥상 콘크리트표면의 평균온도는 6월에서 9월까지 20 ~ 35℃, 10월에는 8 ~ 20℃까지 점차 낮아졌으며, 평균과 최고온도와의 편차는 6월에서 9월까지 최고 20℃이상을 보였고 10월에는 그 편차가 약간 적어지는 경향을 보였다(Fig 2). 이와 같이 옥상녹화는 외부열을 차단하여 표면온도를 낮추며, 도시시 미기후 개선 및 열섬현상 완화에 도움이 되는 것으로 보고되었으며(Shimomura et al. 2006), Lee and Kim(2012)의 10월 열화상카메라 측정결과 옥상녹화 부분은 비 옥상녹화 부분에 비해 평균온도가 4 ~ 7℃ 낮게 나타났으며, 일부 장소에 따라 14℃까지 차이를 보였다는 결과와 비슷하다. 실험식물 식재 후 토양습도 변화는 강우가 많았던 6월 하순부터 8월 중순까지 평균토양수분 함량이 10 ~ 25% 전후까지 높게 유지되었으나 6월 중순과 9월 초순 건조기에 평균토양수분 함량이 5%미만으로 떨어졌으며, 그 기간이 1주일 이상 지속되었다(Fig. 3). Park et al.(2010)은 토심 15cm의 토양수분 장력변화에서 모래와 부엽토를 활용한 자연 배합토보다 피트모스와 펄라이트를 활용한 배합토가 완만하고 안정된 변화양상을 보였으며, 피트모스와 펄라이트 함량이 높을수록 토양수분 함량변화가 더 완만한 감소를 보여 적합하다고 하였다. 본 연구에서도 옥상정원 조성에 피트모스와 펄라이트를 이용하여 토양수분의 함량을 비교적 완만하게 유지할 수 있었으나 6월 중하순과 9월 초중순의 많이 내리지 않는 건조기에는 1주일 이상 토양수분함량이 5% 미만으로 떨어져 일부식물은 위조현상을 나타내었다. 따라서 토심이 15cm 깊이의 저관리 경량형옥상정원에서 자생초본식물 도입시에 일부 식물은 관수를 필요로 하였다.

Fig. 2. The comparison of the average and maximum temperatures of concrete surface and 10 cm under the growing medium after planting in the roof garden adopting extensive green roof system in the central region (June through October in 2011, Suwon).

Fig. 3. The levels of soil moisture after planting in roof garden adopting extensive green roof system in the central region during the period from June through October in 2011, Suwon.