Quality Difference of Zoysia japonica and Z. matrella Playgrounds by Human Compaction Intensity before and after Spring Green-up in School Playground Conditions

Research Article
김 기동  Ki-Dong Kim1이 정호  Jeong-Ho Lee1장 석원  Seog-Won Chang1*

Abstract

Natural turfgrass playgrounds have been suggested as an alternative to bare land or artificial turf grounds for its excellence in user safety, nature friendly space, and environment control function. However, natural turfgrass playgrounds, though having many benefits and a high preference, are limitedly used at schools because of the burden of turfgrass care. In this study, playground quality by human compaction before and after spring green-up of Zoysia japonica and Z. matrella in school playground conditions were evaluated for the expansion of natural turfgrass playground and its efficient use. Human compaction was applied for three weeks by an adult of 70 kg for 10 minutes, under the condition of no compaction, once, three times, and five times per week in Z. japonica and Z. matrella field. Soil hardness of both Z. japonica and Z. matrella field significantly was increased as more compaction frequency, and it showed obviously under the condition of more than 3 times per week. When the compaction stopped, the soil hardness tended to decrease. Ball rebound height of both Z. japonica and Z. matrella fields was significantly increased as more compaction frequency. Coverage rate and shoot density of Z. japonica and Z. matrella decreased significantly as more compaction frequency. But after human compaction was stopped, the green-up progressed quickly. In general, during the spring green-up period, the Z. matrella tended to be less affected by the human compaction than Z. japonica.

Keyword



서 언

천연잔디 학교 운동장은 이용자의 안전 확보, 자연친화적 공간 제공 및 환경조절 기능이 우수하여 맨땅, 인조잔디 운동장의 대안으로 제시되고 있다. 천연 잔디 운동장이 가지는 장점과 천연 잔디에 대한 선호도가 높음에도 불구하고 농약 사용에 대한 부담, 배수불량 및 답압 등에 의한 어려움은 일선 학교에서의 확산에 방해 요인이 되고 있다(Chang, 2019a, 2019b; Han et al., 2015).

학교운동장 잔디의 답압 관리 수준은 골프장 잔디와 큰 차이를 보인다. 골프장에서는 직원으로 근무하는 다수의 전문가들에 의해 높은 수준의 잔디 관리가 이루어지고 있다. 예를 들면, 골프장 잔디는 많은 장비와 사람에 의해 답압이 발생하며, 답압이 주로 문제되는 퍼팅 그린과 티잉 그라운드에서는 홀컵과 티박스 지점이 각각 주기적으로 바뀌면서 피해가 최소화된다(Lee et al., 2008). 반면에 학교운동장은 주로 학교 구성원인 사람에 의해 답압이 이루어지며, 비전문가인 교직원이 최소한의 비용으로 기본적인 관리에 관여하고 있다(Chang, 2019b). Han et al. (2015)은 경기도내 천연잔디 운동장을 운영하는 40개 학교 중 대부분이 흙 지반으로 이루어져 있고, 이 중 30% (12개 학교)가 시비를 하지 않고, 연 1회 시비가 14개 학교(46.7%)에 이르는 것으로 보고한 바 있다. 흙 지반은 모래지반에 비해 답압에 취약하며, 대부분의 학교에서는 인력과 비용 등의 부족으로 잔디 피해를 줄이기 위해서 월동 기간이나 봄철 그린업 기간에 운동장 사용을 제한하기도 한다(Han et al., 2015).

답압은 학교 운동장 조성 후부터 지속적으로 발생하며 장기적으로 누적될 경우 토양 이화학성이 변하고 잔디 생육이 불량해진다(Han et al., 2015; Seo et al., 2015). 우리나라 초중고교는 매년 3월 초에 1학기 개학이 시작되기 때문에 천연잔디 학교운동장의 잔디는 맹아가 출현하기 전에 답압에 노출된다. 맹아가 올라오는 그린업 시기에 집중되는 답압은 잔디의 피해를 더 심하게 할 수 있다.

우리나라의 천연잔디 학교 운동장의 초종은 내한성, 내병성, 내답압성 등 환경적응성이 우수한 들잔디(Zoysia japonica)가 대부분 식재되어 있다(Chang, 2019b; Han et al., 2015). 다른 한국잔디인 금잔디(Z. matrella)는 내한성이 약해 식재 지역에 한계가 있지만 들잔디보다 긴 녹색 기간과 높은 지상부 밀도를 가지고 있어 남부지역이나 제주도 학교 운동장에 도입을 고려해 볼 수 있다(Bae et al., 2010; Chang et al., 2019; Choi and Yang, 2011; Sung et al., 2016).

우리나라에서 잔디 답압에 대한 연구는 한지형 잔디 위주로 많이 이루어졌지만(Kim and Kim, 2012; Kim et al., 2002; Lee et al., 2008), 한국잔디 답압에 대한 연구는 그에 비해 많지 않은 편이다(Eom, 1992; Seo et al., 2015). 특히 학교운동장 조건에서의 한국잔디 답압 연구는 지금까지 보고된 바 없다. 이에 본 연구는 천연잔디 운동장의 보급 확산과 효율적 잔디 관리를 위해 가상의 학교 운동장 조건에서 그린업 전후에 답압 강도가 들잔디와 금잔디로 조성된 운동장의 품질에 미치는 영향을 분석하였다.

재료 및 방법

실험은 2019년 4월부터 6월까지 강원도 횡성 소재 한국골프대학교 교내 들잔디 및 금잔디 포장에서 실시하였다. 처리 내용에서 답압 강도는 빈도를 달리하여 주 1회, 주 3회, 주 5회 및 무처리로 하였으며, 고등학교 3학년 학생의 평균 몸무게에 준하는 체중 70 kg의 성인 남성이 운동화를 신고 회당 반복별로 10분씩 초당 1회의 속도로 해당 처리구에서 균일하게 답압을 처리하였다. 답압은 4월 22일부터 5월 10일까지 3주동안 학생들이 운동장에서 가장 많이 활동하는 점심 시간대인 12-13시 사이에 이루어졌고, 답압 예정일에 강우 예보가 있을 때에는 강우 전이나 후 충분히 물이 빠진 다음에 답압을 실시하였다. 주 1회 처리구는 월요일, 주 3회 처리는 월요일, 수요일, 금요일, 주 5회 처리구는 월요일부터 금요일까지 답압이 이루어졌다. 처리구 면적은 반복당 1 m2 (1 m×1 m), 난괴법 3반복으로 실시되었다. 마사토로 조성된 시험포장 관리는 가상의 천연잔디 학교운동장이라는 점(Han et al., 2015)을 고려하여 1회 실시하였다. 기비로 복합비료 (N-P-K: 11-6-6)를 질소 순 성분 기준으로 실험 1주 전에 5 g m-2를 살포하였고, 추비는 실험 종료 후 최종 조사일까지 살포하지 않았다. 잔디깎기는 실험 전부터 종료시점 후 최종 조사까지 실시하지 않았다. 관수는 실험기간 중 별도로 하지 않았고, 자연 강우에 의존하였다. 기상자료는 2019년 4월부터 5월까지 일 최고기온(daily maximum temperature), 일 최저기온(daily minimum temperature), 일 강수량(precipitaion)을 기상청 홈페이지(http://www.kma.go.kr/)에 있는 관측 자료(원주기상대)에서 인용하였다(Fig. 1).

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Fig. 1. Weather conditions (DMT: Daily maximum temperature, DmT: Daily minimum temperature, and precipitation) of April (A) and May (B) 2019 in Hoengseong, Gangwon.

답압에 따른 토양 변화는 토양경도와 공 튀김 높이, 생육 상황 변화는 그린업률과 지상부 밀도가 조사되었다. 토양경도와 공 튀김 높이는 그린업 초기(저자가 처리구에 따라 그린업 5-30% 범위의 시기로 설정)인 실험 종료 직후(5월 10일)와 그린업 후기(저자가 처리구에 따라 그린업 40-75% 범위의 시기로 설정)인 실험 종료 2주 후(5월 28일)에 반복당 3회 측정한 후 중간 값으로 기록하였다. 토양경도는 토양경도계(Push cone soil hardness meter A-3018, Daiki Rika Kogyo Co., Ltd., Saitama, Japan)를 이용하여 측정하였다. 공튀김 높이는 FIFA (2015)의 기준을 준용한 Lulli et al. (2014)의 방법에 따라 지상 2 m에서 축구공을 자유낙하 시킨 후 튀어서 최고점에 이를 때 공의 하단 면을 기준으로 측정하였다. 그린업률 측정은 Chang (2020)의 방법에 따라 실시하였다. 각 처리구별 촬영 사진은 ImageJ 프로그램(version 1.52a, National Institutes of Health, Bethesda, USA)에서 불러온 후 설정값을 입력하고 변환과정을 거쳐 그린업률값을 도출하였다. 간단하게 설명하면, 프로그램에서 사진을 불러온 후 color threshold를 지정하였고 hue와 brightness는 기본설정으로 두고 saturation 값을 0-80 사이에서 조정한 다음 저장하였다. 저장한 사진은 프로그램으로 다시 불러온 후 image type을 RGB stack으로 지정한 다음 threshold 값을 0-130 사이에서 원본사진과 육안으로 대조하여 설정값을 입력하고 최종 그린업률값을 도출하였다. 지상부 밀도는 실험 종료 후에 지름 108 mm 홀 커터로 시료를 채취한 후 개수를 조사한 다음 10 cm-2하로 환산하였다. 통계분석은 SAS 프로그램(version 9.4, SAS institute, Cary, USA)을 이용하였고, 평균간 유의성 검정은 던컨의 다중검정법(Duncan’s multiple range test) 5% 오차 수준에서 실시하였다.

결과 및 고찰

답압은 학교에서 잔디운동장 조성 후부터 지속적으로 발생하며 장기적으로 누적될 경우 토양 고결이 심해지는 등 이화학성이 변하고 잔디 생육이 불량해진다(Seo et al., 2015). 토양 경도는 들잔디와 금잔디 포장 모두 답압 빈도가 높을수록 통계적으로 유의하게 증가하였고 주 3회 이상의 답압 조건에서 뚜렷하였다(Table 1). Kim et al. (2002)은 상대적으로 답압이 집중되는 지역이 적은 지역보다 높은 토양 경도값을 갖는다고 보고한 바 있다. 잔디 종류별로 보면 금잔디 포장보다 들잔디 포장에서 높은 토양 경도값을 보였다. 하지만 들잔디와 금잔디 포장의 토양 경도값은 조사시기에 따라 다른 결과를 보였다(Table 1). 들잔디는 그린업 초기 19.0-28.3 mm의 범위의 경도값을 나타냈지만, 후기에는 18.6-27.1 mm의 범위로 초기에 비해 약간 낮은 값을 보였다. 하지만 금잔디는 처리구별로 그린업 초기 14.5-21.1 mm의 범위에서 후기에는 19.7-23.6 mm의 범위를 보여 초기에 비해 약간 증가하는 양상을 보였다. 두 종이 조사 시기에 따라 다른 경향을 보인 원인은 정확하지 않지만, 최종 조사 전 여러 번의 강우가 두 종의 잔디 생육에 다르게 영향을 미친 것으로 판단된다(Fig. 1). 강우가 잔디의 지상부 및 지하부 생육을 촉진하고, 토양 속으로 물이 침투하면서 고결의 정도에도 영향을 줄 수 있기 때문이다.

Table 1. Ball rebound height on Z. japonica and Z. matrella fields by human compaction frequency before and after green-up.

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z Human compaction lasted for 10 minutes by an adult, weighting about 70 kg, at lunch time for three weeks from April 22 to May 10. Human compaction was carried out once a week on Mondays, three times a week on Mondays, Wednesdays and Fridays, and five times a week from Monday to Friday.

a-c: Different letters in each row indicate significant difference by Duncan’s multiple range test (α=0.05).

천연잔디 운동장에서의 공 튀김 높이는 지면의 단단함 정도를 알 수 있는 지표이다(Lee et al., 2008). 공 튀김 높이는 들잔디와 금잔디 포장 모두 답압 빈도가 높을수록 유의하게 증가하였다(Table 2). 잔디 종류별로는 조사시기에 관계없이 들잔디에 비해서 금잔디 처리구의 공 튀김 높이가 낮았다. 이러한 차이는 들잔디에 비해 금잔디의 높은 지상부 밀도와 관련이 깊은 것으로 보인다(Chang et al., 2018). Eom (1992)은 들잔디 답압 실험에서 답압빈도가 증가하면 잔디 줄기와 잎의 손상이 심해졌다고 보고한 바 있다. 본 연구에서도 금잔디의 높은 지상부 밀도(휴면 중의 직립 지상부와 그린업 후의 직립 지상부)가 공이 튀기는데 있어서 완충작용을 했던 것으로 판단된다. Lee et al. (2008)이 보고한 켄터키 블루그래스의 신초 발생 이후 지상부 밀도가 높아질수록 볼 튀김 높이가 계속 줄어들었다는 결과와 일치하였다. 잔디 종류별로 조사 시간에 따른 볼 튀김 높이의 결과도 같은 경향이었다. 모든 처리구에서 그린업 초기보다 그린업 후기에서 공 튀김 높이가 낮아졌다. 이러한 결과는 지상부의 그린업률이 높아지면서 살아있는 지상부 조직의 탄력성이 공튀김을 방해했기 때문으로 판단된다(Lee et al., 2008).

Table 2. Ball rebound height on Z. japonica and Z. matrella fields by human compaction frequency before and after green-up.

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z Human compaction lasted for 10 minutes by an adult, weighting about 70 kg, at lunch time for three weeks from April 22 to May 10. Human compaction was carried out once a week on Mondays, three times a week on Mondays, Wednesdays and Fridays, and five times a week from Monday to Friday.

a-c: Different letters in each row indicate significant difference by Duncan’s multiple range test (α=0.05).

조사 시기에 따른 공 튀김 높이 분석 결과 그린업 초기에서 그린업 후기로 지날수록 두 초종 모두 공 튀김 높이가 크게 줄어들었다(Table 2). 초종별로는 그린업 초기와 후기 모두 금잔디 포장이 들잔디 포장보다 낮게 나타났다. 들잔디 처리구는 그린업 초기 76.1-100.0 cm의 범위에서 후기에는 63.9-82.8 cm의 범위로 공 튀김 높이가 감소하였고, 금잔디 처리구도 초기 57.8-86.7 cm의 범위에서 후기에는 51.7-75.0 cm의 범위로 초기에 비하여 모든 처리구에서 높이가 줄어들었다. 이러한 결과는 답압이 종료된 후 기간이 지나면서 최종 조사일 전에 있었던 여러 번의 강우로 인한 것으로 판단된다. 여러 번의 강우가 잔디의 지상부와 지하부 생육을 촉진함으로써 토양 고결에 영향을 미칠 수 있기 때문이다(Fig. 1).

들잔디와 금잔디 포장의 그린업률은 모두 답압 빈도가 높을수록 통계적으로 유의하게 감소하였다(Table 3). 그린업 초기에 무처리구에서는 들잔디가 금잔디에 비해 그린업률이 빨랐지만, 그린업 초기(Fig. 2)와 후기(Fig. 3)에 모든 처리구에서 금잔디가 들잔디에 비해 그린업률이 높은 것으로 나타났다. 내한성이 강한 들잔디가 금잔디에 비해 대체로 빠른 그린업을 보인다는 점을 고려하면(Chang et al., 2019; Choi and Yang, 2005; Sung et al., 2016), 금잔디 포장의 답압 처리구에서 그립업률이 높았던 이유는 지속된 답압이 들잔디의 맹아 출현을 더 늦췄거나 출현한 맹아에 피해를 더 입혀 그린업률에 영향을 더 준 것으로 보인다. 두 종 모두 답압 종료 후에는 그린업이 급격히 높아지는 것으로 나타났다.

Table 3. Green-up rate on Z. japonica and Z. matrella fields by human compaction frequency before and after green-up.

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z Human compaction lasted for 10 minutes by an adult, weighting about 70 kg, at lunch time for three weeks from April 22 to May 10. Human compaction was carried out once a week on Mondays, three times a week on Mondays, Wednesdays and Fridays, and five times a week from Monday to Friday.

a-c: Different letters in each row indicate significant difference by Duncan’s multiple range test (α=0.05).

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Fig. 2. Photos for green-up rate evaluation in early green-up stage (10-May). A, B, C, and D are Z. japonica plants. E, F, G, and H are Z. matrella plants. In photos of each species, left side and right side photos are digital image treated and original ones, respectively. Red area indicates newly emerged leaves and stems. A and E are human compaction plots once a week. B and F are human compaction plots three times a week. C and G are human compaction plots five times a week. D and H are no human compaction plots. Human compaction lasted for 10 minutes by an adult, weighting about 70 kg, at lunch time for three weeks from April 22 to May 10. Human compaction was carried out once a week on Mondays, three times a week on Mondays, Wednesdays and Fridays, and five times a week from Monday to Friday.

들잔디와 금잔디 포장에서의 지상부 밀도는 답압 빈도가 높을수록 줄어드는 경향이었다(Table 4). 통계적으로 차이가 있었던 금잔디의 처리구와는 달리 들잔디 포장에서는 처리간 지상부 밀도가 차이를 보이지 않았다. 이것은 답압이 주어졌을 때 두 종의 줄기와 잎이 받는 충격과 손상 정도가 달랐기 때문으로 해석된다. Seo et al. (2015)는 잔디가 답압에 노출되면 지상부 밀도 뿐만 아니라 엽장이 짧아지고 엽수가 감소한다고 보고한 바 있고, Eom (1992)도 들잔디 답압 실험에서 답압 빈도가 증가하면 잔디 줄기와 잎의 손상이 심해졌다고 보고한 바 있어 유사한 결과를 나타냈다. Park (2003)도 버뮤다그래스에서 답압이 지속될수록 나지가 확대되었다는 결과를 보고한 바 있다.

Table 4. Shoot density of Z. japonica and Z. matrella fields by human compaction frequency before and after green-up.

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z Human compaction lasted for 10 minutes by an adult, weighting about 70 kg, at lunch time for three weeks from April 22 to May 10. Human compaction was carried out once a week on Mondays, three times a week on Mondays, Wednesdays and Fridays, and five times a week from Monday to Friday.

a-c: Different letters in each row indicate significant difference by Duncan’s multiple range test (α=0.05).

본 연구에서 그린업 시기의 답압은 빈도가 높아질수록 들잔디와 금잔디의 지상부 밀도를 낮추고 그린업 시기를 늦춰 부정적인 영향을 주는 것으로 나타났다. 답압을 멈추면 토양 경도가 낮아지고 그린업도 빠르게 회복하였다. Park (2003)은 한지형 잔디가 성장기에 접어들면 답압이 있어도 녹엽부가 증가하여 답압 피해가 줄어든다고 보고한 바 있다. 답압에 대한 한국잔디의 종별 반응에서 들잔디에 비해 금잔디의 답압 피해가 적었던 것으로 나타났다. 금잔디가 들잔디에 비해 높은 지상부 밀도가 영향을 미친 것으로 판단된다. 다른 연구자들(Park, 2003; Park et al., 2010)도 잔디의 종류나 품종별로 내답압성 차이가 있다고 보고한 바 있다. 우리나라에서 초등학교, 중학교, 고등학교의 천연잔디운동장은 3월 초 개학 이후 한국잔디의 그린업이 시작되는 5월까지 약 2개월간 학교구성원에 의해 답압에 노출된다. 학교 구성원의 유형(초등학교, 여자 또는 남자 중학교, 여자 또는 남자 고등학교 등)에 따라 답압 노출의 빈도와 강도가 다르겠지만, 대부분의 학교 천연잔디운동장에서 답압 피해가 가장 먼저 발생하는 곳이 골대 앞이었다는 점(data not shown)을 고려한다면, 그린업 시기에 맹아의 피해를 줄이고 정상적인 잔디 밀도를 유지하기 위해서는 정기적으로 축구 골대를 옮기는 등 답압을 분산시키는 대처가 필요할 것으로 보인다.

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Fig. 3. Photos for green-up rate evaluation in late green-up stage (28-May). A, B, C, and D are Z. japonica plants. E, F, G, and H are - plants. In photos of each species, left side and right side photos are digital image treated and original ones, respectively. Red area indicates newly emerged leaves and stems. A and E are human compaction plots once a week. B and F are human compaction plots three times a week. C and G are human compaction plots five times a week. D and H are no human compaction plots. Human compaction lasted for 10 minutes by an adult, weighting about 70 kg, at lunch time for three weeks from April 22 to May 10. Human compaction was carried out once a week on Mondays, three times a week on Mondays, Wednesdays and Fridays, and five times a week from Monday to Friday.

요 약

천연잔디 학교 운동장은 이용자의 안전 확보, 자연친화적 공간 제공 및 환경조절 기능이 우수하여 맨땅, 인조잔디 운동장의 대안으로 제시되고 있다. 하지만 천연 잔디 운동장이 갖는 장점이 뚜렷하고 천연 잔디에 대한 선호도가 높음에도 불구하고 잔디 관리의 부담감으로 학교마다 운영에 어려움을 겪고 있다. 본 연구는 천연잔디 운동장의 보급 확산과 효율적 잔디 관리를 위해 가상의 학교 운동장 조건에서 그린업 전후에 답압의 강도가 들잔디와 금잔디로 조성된 운동장 품질에 미치는 영향을 분석하였다. 답압 처리는 들잔디와 금잔디 포장에서 70 kg의 성인 남성이 10분간, 빈도는 주 1, 3, 5회 및 무답압 처리로 3주간 실시하였다. 토양경도는 들잔디와 금잔디 포장 모두 답압 빈도가 높을수록 유의하게 증가하였고 주 3회 이상의 답압 조건에서 뚜렷하였다. 답압이 멈추면 토양 경도가 줄어드는 경향이었다. 공 튀김 높이는 들잔디와 금잔디 포장 모두 답압 빈도가 높을수록 유의하게 증가하였다. 그린업률과 지상부 밀도는 답압 빈도가 높을수록 감소하는 경향이었다. 하지만 답압을 멈추면 그린업이 빠르게 진행되었다. 전체적으로 봄철 그린업 시기에는 금잔디가 들잔디에 비해 답압에 의한 영향을 덜 받는 경향을 보였다.

주요어: 그린업, 답압, 천연잔디 운동장, 들잔디, 금잔디

Acknowledgement

This work was supported by National Research Foundation of Korea Grant funded by the Korean Government (NRF-2018R1D1A1B07041214). I thank the financial support of NRF. Also, I am deeply grateful for the amazing assistant of my undergraduate students, Ho-Dong Lim & Jun-Hyuck Jo.

Authors Information

Seog Won, Chang, Dept. of Golf Course Management, Korea Golf University, Professor, http://orcid.org/0000-0003-2053-6833

Ki Dong, Kim, Dept. of Golf Course Management, Korea Golf University, Professor, http://orcid.org/0000-0002-3266-4683

Jeong Ho, Lee, Dept. of Golf Course Management, Korea Golf University, Professor, http://orcid.org/0000-0003-4455-7540

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