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모래는 석영과 장석 등 비교적 풍화되기 어려운 1차광물로 이루어져 있어 토양의 골격역할을 하고, 대공극으로 인해 배수가 잘 되어 수분보유력과 양분보유력이 부족하며 유기물의 분해가 용이해 유기물 함량이 낮다(Kim et al., 2011a). 대부분의 잔디구장은 시간이 경과함에 따라 토양 물리성 악화로 생육 불량(Kweon et al., 2005)이 발생되고 있으며 피트, 피트모스, 코코넛코이어, 부식산 등과 같은 토양개량제를 이용하여 근권 토양의 물리성 및 화학적 특성 개선에 활용한다(Kim et al., 2009; 2010). 하지만 사용빈도가 높은 경우 답압이 가중되어 토양의 경도와 용적밀도가 증가하고, 공극과 수리전도도가 감소하여 잔디 생육 저하 및 고사되는 피해가 발생되고 있다(Jang et al., 2016).
잔디구장 조성은 모래를 기반으로 피트모스, 코코넛코이어 및 제오라이트 등을 이용하고 있고(Kim et al., 2010; Park et al., 1991), 최근에는 석탄바닥재(bottom ash chip)를 자원 재활용 측면에서 일부 사용하고 있으며(Lee et al., 2010), 각각의 특성에 따라 근권부의 물리화학적 특성 변화에 영향을 미친다. 피트모스, 코코넛코이어 등은 토양의 수분보유력을 개선하고 제오라이트 및 유기산 등은 양이온치환용량을 높여주는 역할로 양분보유력 개선에 효과가 있다(Kim et al., 2010; Park et al., 1992). 이러한 토양개량제는 주로 고품질의 잔디를 요구하는 경기장에서 요구하는 경우가 많으나 일반적인 천연잔디 운동장의 경우에는 상대적으로 관리요구도가 낮고, 낮은 품질의 잔디 및 시공비의 절감을 요구한다. 따라서 천연잔디 학교 운동장을 조성하는 경우 기존의 토양개량제와 유사한 특성을 나타내는 친환경적인 부산물을 토양개량제를 대신하여 이용할 수 있을 것이다.
환경곤충인 아메리카동애등에(Hermetia illucens L)를 활용하여 음식물류폐기물을 친환경적으로 처리하여 재활용 및 사료화(Bondari and Sheppard, 1987; Hale, 1973; Kim et al., 2011b; Sheppard and Newton, 2000; Sheppard et al., 1998; Tingle et al., 1975)하고 있으며, 처리 과정에서 생성되는 부산물인 동애등에분변토(soldier fly casts [SFC])는 음식물류발효물질과 동애등에 번데기가 혼합된 퇴비원료이다(Choi et al., 2013). 하지만 SFC가 음식물쓰레기를 아메리카동애등에를 이용하여 처리하고 발효했기 때문에 사용시 염분에 대한 주의가 필요하다고 언급한 바 있고(Choi et al., 2013), 토양 내 염분의 공급은 작물의 발아와 발근을 억제하여 생육을 감소하는 것으로 알려져 있다(Kim et al., 2021; Phae et al., 2002).
아메리카동애등에 분변토를 모래와 혼합하여 근권부 토양의 물리화학적 변화를 통한 토양개량제로서 가능성(Kim et al, 2011b)을 확인하였고, 동애등에분변토를 토양개량제로 사용하여 한국잔디(Zoysia japonica)를 재배하였을 때 토양 양분보유력과 유효도가 증가하여 잔디의 지상부와 지하부 생육 및 품질이 향상되는 결과를 보였다(Lee et al., 2013). 하지만 토양 내 유기물이 증가하여 토양의 물리성 악화의 원인이 될 수 있으므로 동애등에분변토의 사용 시 사용방법의 개선이 필요하였다. Kim et al. (2014)은 동애등에분변토와 코코넛코이어의 혼합 토양개량제 처리 시 토양의 물리화학적 특성 개선 효과를 나타내며, 동애등에분변토의 단점을 보완할 수 있다고 보고하였다. 따라서 본 연구는 동애등에분변토가 혼합된 토양개량제를 이용하여 켄터키 블루그래스(Poa pratensis)를 이식한 후 근권 토양의 변화 및 잔디 생육 특성을 조사하여 동애등에분변토 혼합 토양개량제의 토양 내 변화 및 잔디 생육 특성을 조사하고, 천연잔디 학교운동장 조성에 필요한 기초 자료로 활용하고자 연구를 수행하였다.
재료 및 방법
시험 기간 및 공시 재료
본 연구는 2011년 5월부터 10월까지 인천광역시 소재의 SKY72 골프클럽에서 6개월동안 수행하였다. 공시잔디는 SKY72 골프클럽 증식포장에 켄터키 블루그래스(P. pratensis)를 이용하였다. 시험에 사용된 모래의 입경 분포는 조사와 극세사의 비율이 95% 정도로 미국골프협회(United States Golf Association, USGA)에서 제시한 그린 규격에 적합하였다. 토양개량제로는 코코넛코이어(coconut coir; 코코피트[Cocopeat], Farmhannong, Seoul, Korea), 동애등에분변토(soldier fly casts [SFC], National Institute of Agricultural Science, Wanju, Korea) 및 그 혼합토양개량제(SFC25: cocopeat 75%+SFC 25%, SFC50: cocopeat 50%+SFC 50%, SFC75: cocopeat 25%+SFC 75%)를 이용하였고(Kim et al., 2014), 동애등에분변토의 물리화학적 특성은 Table 1과 같다. 포트시험에서 잔디 생육에 필요한 양분을 공급하기 위해 복합비료(N-P2O5-K2O=21-17-17, Namhae Chemical Corp, Yeosu, Korea)를 공시비료로 이용하였다.
시험포트 조성 및 처리 내용
처리구는 토양개량제의 종류에 따라 토양개량제를 처리하지 않은 무처리구(Control: sand 100%), 대조구(Cocopeat: sand 93%+cocopeat 7%), 동애등에분변토 25% 처리구(SFC25: sand 93%+SFC25 7%), 동애등에분변토 50% 처리구(SFC50: sand 93%+SFC50 7%), 동애등에분변토 75% 처리구(SFC75: sand 93%+SFC75 7%) 그리고 동애등에분변토 100% 처리구(SFC100: sand 93%+SFC100 7%)로 설정하였다. 각 처리구별 포트는 완전임의배치법으로 배치하였고, 처리구의 반복은 3반복으로 수행하였다.
시험용 포트의 조성은 1/5,000 a 와그너포트에 파쇄자갈을 이용하여 약 3 cm 정도의 배수층을 조성하고, 그 위에 한냉사를 깔아 모래상토가 배수층과 섞이지 않도록 분리하였고, 균일하게 혼합된 모래상토를 약 20 cm 정도로 채워 상토층을 조성하여 약 3일간 수돗물로 물다짐 후 사용하였다. 상토층를 만들기 위해 음지에서 풍건된 시험용 모래에 토양개량제를 7%씩 부피 비율로 균일하게 혼합하였다. 자체 제작한 홀커터(ø10.8 cm, depth 5 cm)를 이용하여 SKY72 골프클럽 증식포장에서 채취된 켄터키 블루그래스를 5월 20일 포트에 이식하였고, 활착이 완료된 6월 15일부터 재배 시험 및 생육조사를 수행하였다. 공시비료의 시비는 복합비료를 이용하여 각 처리구에 5월 20일, 6월 23일, 7월 25일 및 9월 2일에 3.0 g N a.i. m-2씩 시비하였다. 시험기간 중 예초는 알코올로 잘 소독된 가위를 이용하여 20 mm 높이로 수행하였고, 시험기간 중 병해충은 발생하지 않아 작물보호제는 살포하지 않았다.
생육조사 및 분석 방법
잔디 생육 조사는 엽색 지수, 엽록소 지수, 잔디 예지물량, 잔디 뿌리 길이, 지상부와 지하부의 건물중을 실시하였다. 엽색 지수와 엽록소 지수는 각각 Turf color meter (TCM 500, Spectrum Technologies, Inc., Plain field, IL, USA)와 Chlorophyll meter (CM 1000, Spectrum Technologies, Inc., Plain field, IL, USA)를 이용하여 6월 15일부터 7-10일 간격으로 총 14회 측정하였고, 월별 평균을 통해 잔디의 시각적 품질 변화를 조사하였다. 잔디 예지물은 6월 30일, 7월 23일, 9월 2일, 9월 21일에 20 mm 높이로 총 4회 수확하였고, 수확된 잔디를 70℃로 설정된 건조기(VS-1203PJ-300, Vision Scientific Co., Ltd., Daejeon, Korean)에서 24시간 건조한 후 건물중을 측정하였다. 시험이 종료된 10월 7일에 잔디의 뿌리 길이를 측정하였고, 뿌리 중 이물질 제거 및 세척한 후 지상부와 지하부를 분리하여 건물중을 측정하였다.
잔디 재배 시험 종료 후 토양개량제 처리구별 토양의 화학적 특성 변화를 확인하기 위해 10월 7일 시료를 채취하였고, 음지에서 풍건한 후 2 mm 체를 통과한 시료를 이용하였다. 분석항목은 토양산도(pH), 전기전도도(electrical conductivity, EC), 유기물(organic matter, O.M), 전질소(total nitrogen, T-N), 유효인산(available phosphate, Av.-P2O5), 치환성 양이온(exchangeable cations, Ex-Cation: Ca2+, Mg2+, K+, Na+) 및 양이온치환용량(cation exchangeable capacity, CEC)를 토양화학분석법(NIAST, 1998)에 준하여 분석하였다. pH와 EC는 1:5법으로, O.M은 Tyurin법으로, T-N은 Kjeldahl 증류법으로, Av.-P2O5는 Bray No.1법으로 치환성 양이온과 CEC는 1N-NH4OAc 침출법으로 각각 분석하였다.
식물체 분석은 시험 종료 시기인 10월 7일 채취된 잔디 예지물을 건조하여 분석시료로 이용하였고, 잔디 생육의 주요 구성성분인 질소, 인, 칼륨, 칼슘 및 나트륨을 식물체분석법(NIAST, 1998)에 준하여 분석하였다. 질소는 Kjeldahl 증류법으로, 인은 UV-spectrophotometer (X-MA 1200, Human, Seoul, Korea)를 이용하여 바나도몰리브덴산법으로 분석하였고, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 및 나트륨은 질산 분해 후 유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma [ICP]; Integra XL, GBC, Victoria, Australia)를 이용하여 분석하였다. 양분 흡수량은 건물중과 잔디 내 함유 양분 결과를 이용하여 아래 식과 같이 조사하였다(Kim et al., 2016).
양분 흡수량(g m-2)=총건물중(g m-2)×잔디 중 양분 함량(%) (1)
통계분석
통계처리는 SPSS (ver. 12.1.1, IBM, New York, USA)를 이용하여 Duncan 다중검정을 통해 처리구간 평균값의 유의차를 검정하였고, 단순선형회귀분석을 통해 토양개량제 처리별 토양특성 및 잔디 생육의 변화에 대해 상관관계를 검정하였다.
결과
토양의 무기 성분 함량
시험 전 토양은 pH 7.84로 약알칼리성이었고, EC는 0.28 dS m-1이며, 유기물과 전질소는 0.01%와 0.39%이고, 유효인산은 29.2 mg kg-1, 그리고 치환성 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 나트륨은 0.26, 0.55, 0.56, 0.22 cmolc kg-1이었다(Table 2).
시험 종료 후 토양분석결과, pH, EC, 치환성 칼륨 및 CEC를 제외하고 처리구에 따라 차이를 보였다. 무처리구와 비교할 때, SFC50, SFC75, SFC100 처리구에서 전질소, 유효인산 및 치환성 칼슘이, 대조구에서 치환성 마그네슘 함량이 증가하였으며, SFC 처리량과 토양 화학성 요소간 상관관계조사에서 유기물, 전질소, 유효인산 및 치환성 칼슘 함량은 정의 상관관계(p<0.05)를 나타냈다. 특히, 토양개량제를 처리한 모든 처리구에서 유기물 함량이 증가하였으며, 이는 연구에 사용한 토양개량제가 유기성 토양개량제인 코코넛코이어와 SFC를 사용했기 때문으로 판단된다. 대조구와 SFC25 처리구는 시험 후 근권의 토양 화학성이 유사하게 조사되었다.
잔디 품질 및 생육 조사
토양개량제별 켄터키 블루그래스의 엽색 지수와 엽록소 지수를 조사하여 잔디의 엽색과 품질의 변화를 확인하였다(Table 3).
엽색 지수는 재배 시험 기간에 따라 차이를 나타냈다. 무처리구와 비교할 때, 6-8월에는 토양개량제 처리구에서, 9월에는 SFC처리구에서, 10월에는 SFC50과 SFC75 처리구에서 엽색 지수가 증가하였다. 재배 기간 중 조사된 엽색 지수의 평균값으로 평가할 때, SFC 처리구의 엽색 지수는 무처리구보다 증가하였고, 대조구와 비교할 때, SFC50, SFC75, SFC100 처리구에서 엽색 지수가 증가하였다. 코코넛코이어는 섬유질로 구성되어 있어 거의 분해되지 않으나 SFC는 음식물을 섭취한 동애등에 번데기나 음식물 등으로 구성되어 있어 토양 중에서 분해되어 잔디 재배 시 양분을 공급하기 때문으로 판단된다(Lee et al., 2013).
엽록소 지수는 6월에는 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았고, 7월에는 토양개량제 처리구에서 증가하였으며, 8월과 10월에는 SFC75와 SFC100 처리구에서, 9월에는 SFC50, SFC75와 SFC100 처리구에서 증가하였다. 재배 시험 기간 중 측정된 엽록소 지수의 평균값으로 비교할 때, SFC50, SFC75와 SFC100 처리구는 무처리구보다 증가하였고, 대조구와는 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다. Lee et al. (2013)은 한국잔디에서 SFC를 토양개량제로 사용하는 경우 잔디의 엽색 지수와 엽록소 지수가 증가하고, 코코넛코이어를 토양개량제로 사용하는 경우 모래 처리구와 차이를 나타내지 않는다고 보고하여 본 연구의 결과와 유사한 경향을 나타냈다.
토양개량제 처리구별 켄터키 블루그래스의 잔디 예지물량을 조사하여 잔디 생육을 평가하였다(Table 4). 무처리구와 비교할 때, 6월 30일과 7월 23일 조사에서는 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았으나 9월 2일과 9월 21일 조사에서 SFC75 처리구는 89%와 76%씩, SFC100 처리구는 113%와 91%씩 각각 증가하였다. 이는 토양개량제의 원료로 사용한 SFC가 토양 중에서 분해되어 양분을 공급했기 때문으로 판단된다. Choi et al. (2013)은 동애등에분변토의 처리량이 증가함에 따라 강낭콩(Phaseolus vulgaris)의 엽면적과 잎과 줄기의 생육이 증가하며, 이는 동애등에분변토의 처리에 의해 작물의 순동화율이 증가하기 때문이라고 보고하였다. 본 연구에서도 토양개량제에 SFC의 혼합량과 잔디 예지물은 정의 상관관계(R=0.8383**; p<0.01)를 나타냈다.
생육 기간별로 조사할 때, 6월 30일 조사에서는 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았고, 7월 23일, 9월 2일 및 9월 21일 조사에서 상관계수는 각각 R=0.7584**, R=0.7652** 및 R=0.7374**로 정의 상관관계(p<0.01)나타냈다. 생육 초기에 SFC 처리에 의한 잔디 생육 증대 효과가 미미했던 것은 토양 중에서 SFC가 분해되어 토양 중 유기물과 양분으로 공급되는데 시간이 소요되었기 때문으로 판단된다. 이는 벼(Oryza sativa)에서 유기질비료를 처리하는 경우 이앙 20-30일 전에 시비할 때 유기물의 무기화가 진행되어 작물에 필요한 양분으로 공급될 수 있다고 알려져 있다(Moon et al., 2017). 또한 잔디를 뗏장으로 식재하는 경우 기존의 토양에 함유하고 있는 양분을 소비하는데 약 20-40일 정도 소요되기 때문이다(Kim et al., 2008).
시험 종료 후 잔디의 지상부와 지하부의 생육과 잔디 뿌리 길이를 조사하였다(Table 5). 토양개량제 처리구(SFC 처리구, 대조구)의 잔디 뿌리 길이는 24.8-28.3 cm의 범위로 무처리구(22.0 cm)보다 증가하였다. 잔디 뿌리 길이가 가장 긴 처리구는 대조구였고, SFC 처리구의 잔디 뿌리 길이는 대조구보다 짧았다. 토양개량제 중 SFC의 혼합비율과 잔디 뿌리 길이는 부의 상관관계(R=-0.561*)를 나타냈다. 잔디의 지상부와 지하부의 건물중은 각각 241-377 g m-2와 379-573 g m-2의 범위를 나타냈고, SFC75와 SFC100 처리구는 무처리구보다 증가했고, SFC 처리량과 건물중간의 상관관계조사에서 지상부(R=0.879**)와 지하부(R=0.654*)는 정의 상관관계를 나타냈다. 반면에 T/R ratio (ratio of top and root)는 처리구간 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았고, 이는 잔디 지상부와 지하부의 생육이 정의 상관성(R=0.645**; p<0.01)을 나타냈기 때문으로 판단된다.
토양개량제 처리구별 잔디의 잎 조직 중 양분 함량과 흡수량을 조사하였다(Table 6). 무처리구와 비교할 때, 질소, 인 및 칼륨 함량과 흡수량은 SFC50, SFC75 및 SFC100 처리구에서 함량이 증가하였고, 대조구와 SFC25 처리구는 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 이는 SFC가 토양 중에서 분해되어 양분을 공급했기 때문으로 판단된다. 이는 SFC의 처리 시 작물의 순동화율이 증가하여 식물의 생장량이 증가하고, 흡수 양분이 증가하기 때문으로 알려져 있다(Choi et al., 2013; Lee et al., 2013).
SFC 처리 후 켄터키 블루그래스의 엽색 지수, 엽록소 지수, 잔디 예지물량 및 양분의 흡수 등은 무처리구보다 증가되었으며, 그 중에서도 SFC75와 SFC100 처리구는 잔디 생육과 품질 및 양분 흡수가 증가하였다. 그러나 SFC는 토양 내에서 분해되는 것으로 보이며(Lee et al., 2013), 이는 토양의 유기물 함량 증가에서 확인할 수 있다(Table 2). SFC를 토양개량제로 활용하는 경우 토양내 유기물 함량이 증가하여(Lee et al., 2013) 토양의 입단화를 촉진하고(Son and Cho, 2009), 양분보유력을 개선(Ma, 1977)하는 등 긍정적인 효과도 있으나 잔디밭에서는 유기물에 의해 토양의 물리성이 불량해지고, 잔디 생육과 품질을 감소시키는 원인이 되기도 한다(Hur and Ko, 2008). 일반적으로 잔디밭 조성 전에는 토양개량제의 종류와 혼합량에 따라 토양의 화학성 변화에 영향을 미치지만(Kim et al., 2014), 조성 후에는 잔디 관리 방법(관수, 시비, 갱신작업 등)에 의해 토양의 화학성이 변화하기 때문이다(Lee et al., 2013).
Kim et al. (2014)은 SFC가 혼합된 토양개량제를 처리할 때 코코넛코이어가 함유된 경우 토양 공극을 개선하나 SFC만 처리하는 경우 토양 공극 개선 효과는 미미하다고 보고하였다. Kim et al. (2017)은 토양 공극을 개선하는 토양개량제를 처리하여 크리핑 벤트그래스를 재배하는 경우 잔디의 생육과 품질이 증가한다고 보고한 바 있어 토양개량제가 그 특성을 유지하는 것은 잔디의 생육과 품질을 유지하는데 매우 중요하다. 따라서 잔디밭 조성에서 SFC를 토양개량제로 처리 시 토양 유기물 변화와 근권 토양의 물리화학적 특성에 대한 조사가 필요한 것으로 판단된다.
Authors Information
Young-Sun Kim, Institute of Basic Science, Daegu University, Researcher
Kyo-Suk Lee, Department of Bioenvironmental Chemistry, Chungnam National University, Research Professor
Geung-Joo Lee, Department of Horticulture and Department of Smart Agriculture Systems, Chungnam National University, Professor