Water Permeability Rate Measured by Both On-site Infiltrometer and Constant-head Permeameter under Loamy Sand Soil and California Soil System

Research Article
김 경남  Kyoung Nam Kim1*

Abstract

This research was initiated to compare water permeability rate measured by both on-site infiltrometer and constant-head permeameter under anysoil (loamy sand soil) and California systems and provide practical information applicable to turfgrass establishment and management. Significant differences were observed in water infiltration rate with soil system, season and method. Overall water permeability rate measured by on-site infiltrometer was 397.15 mm h-1 in California system and 1.13 mm h-1 in anysoil system, being 396.02 mm h-1 in differences. This rate was 350 times higher in California system over anysoil system. Regardless of season, California system showed rapid infiltration rate from 195 to 1,398 times higher than anysoil system. Data from constant-head permeameter indicated that overall average values of saturated infiltration rate were 414.77 and 122.80 mm h-1 for California system and anysoil systems, respectively, which were 291.97 mm h-1 in differences between two soil systems. This data means 2.37 times faster in California system over anysoil system. From this study, water permeability rate greatly varied with soil system and methods. Specially, the rate measured by on-site infiltrometer was 108 times lower under anysoil system of loamy soil when compared with that by constant head method. Use of on-site infiltrometer is not recommended for anysoil system. Considering soil aeration and drainage capacity, a sand-based system was better for turfgrass quality than loamy soil. Accordingly, it should be improved by mixing sand to increase macropore content in rootzone layer under anysoil system of loamy soil. Information on seasonal water permeability rate and saturated infiltration rate under both soil systems practically useful for turfgrass establishment and management.

Keyword



서 언

식물에서 수분은 80% 이상을 차지하고 있는 체내 구성 요소로 생명현상 유지, 물질대사, 영양분의 흡수 및 이동 등에 중요한 역할을 한다. 잔디밭 관리 시 수분 부족으로 건조 스트레스를 받게 되면 영양분 흡수 및 광합성 물질대사 기능 저하 등으로 인해 정상적인 생장 및 발육이 어려워질 수 있다(Kneebone et al., 1992). 반대로 토양수분이 과다한 경우에도 생장 및 생육이 저하되면서 잔디가 고사할 수 있다. 즉 잔디밭 관리 시 반드시 수분이 필요하지만, 과도한 수분 공급을 지양하고 잔디생장에 최적의 수분 상태를 유지하는 것이 중요하다.

잔디밭 조성 시 초기 단계인 설계 및 시공의 핵심부분인 지반 선정은 잔디생장에 적합한 토양환경을 결정하는 프로세스로 대단히 중요하다(Vengris and Torello, 1982). 국내 잔디밭은 과거 대부분 기존에 있는 일반 토양에 간단히 식재층만 갖는 단층구조로 조성하였다(Shim and Yeam, 1983). 이러한 기존토 지반(anysoil system)은 현장에 있는 토양을 정리해서 지형 및 표면구배를 잡은 후 잔디를 식재하는 방식이다. 이 지반은 대상지역 주변에 있는 일반 토양을 이용함으로 조성 비용이 적게 들고, 공사기간도 짧아 경제성과 시공성의 장점이 있다. 하지만 내답압성, 투수성 및 통기성 등 토양 물리성이 취약해서 이용자가 많은 곳에서는 잔디 식재 시 양질의 잔디밭을 기대하기 어려운 단점이 있다.

이러한 배수 및 통기성 문제를 개선하기 위해 스포츠 잔디밭에 많이 사용되고 있는 종류는 USGA (United States Golf Association) 지반이다(KOWOC, 2000b). USGA 지반은 미국골프장협회에서 그린용으로 개발한 지반으로 경기장 및 골프장 조성 역사가 깊은 미국과 유럽에서 많이 사용하고 있는 지반이다(Cockerham, 1994; KOWOC, 1999). 하지만, 투수성은 우수하지만 지선 및 간선 등 지하배수 시설을 포함해서 배수층, 중간층, 식재층을 구분해서 조성함으로 인해 건설 비용이 많이 요구되기 때문에 주로 퍼팅 그린 및 월드컵 경기장 등 고품질 스포츠 잔디밭 위주로 활용되고 있다. 따라서 실무 현장에서는 일반 토양의 단점인 배수 및 통기성 불량 문제도 개선하면서 USGA 지반보다 시공이 간단하고 공사비가 적게 드는 캘리포니아 모래 지반(California soil system)에 대한 수요가 증가하고 있다. 이 지반은 미국 캘리포니아 주립대에서 개발한 지반으로 원지반 바닥에 지하배수 시설을 설치한 후 20-40 cm 정도 모래 식재층을 단층으로 조성하는 방식으로 페어웨이 등 관리 정도가 중-상정도 수준의 잔디밭에 이용되고 있다(Davis, 1990).

토양수분은 액상을 구성하는 동적인 성분으로 잔디생육과 토양물리성에 영향을 주는데 이러한 토양수분의 이동은 2가지 형태, 포화 및 불포화 투수형태로 구분할 수 있다. 포화상태의 토양수분 이동은 기상이 없는, 즉 고상과 액상으로만 존재하는 담수 논 또는 장마철에 강수에 의하여 물로 완전 충만한 토양에서 중력에 의하여 수분이 하강하는 형태로 나타난다(Kim et al., 2006). 반대로 불포화상태의 토양수분 이동은 포장용수량 이하의 토양에서 토양공기가 차지하는 공극이 있는 상태에서 나타나는 수분이동이다. 이 불포화 투수는 잔디밭에서 수분 흡수, 증발산 또는 관수 등 여러가지 요인으로 나타나는 수분 불균형과 이로 인해 생기는 토양수분의 장력 차이에 따라 나타나는 수분이동이다.

잔디밭에서 토양의 수분 이동 속도를 측정하는 방법으로는 현장에서 실린더형의 투수측정기(infiltrometer)를 이용하거나 실내에서 정수위 투수시험기(constant-head permeameter)를 이용하는 방법이 있다(Kim et al., 1992). 현장 투수측정기를 이용하는 방식은 잔디 또는 식재층 지반을 훼손하지 않고 쉽고 간편하게 투수속도를 파악할 수 있는 장점이 있다(Turf-Tec International, 2020). 하지만 현장에서 투수측정기를 삽입한 아래 부분 토양의 수분 포화상태가 불균일 할 수도 있기 때문에 측정 위치에 따라 수분 이동 속도가 다르게 나타날 수 있다.

정수위 투수시험기를 이용하는 방식은 잔디밭에서 채취한 토양을 실내에서 물로 완전히 포화시킨 후 투수속도를 구하는 방식이다. 이 방식은 전체 공극이 수분으로 완전 포화된 상태에서 수분 이동이 되기 때문에 투수속도 측정 시 일정하고 균일하게 나타난다. 현장에서 투수측정기를 이용하는 측정방식보다는 훨씬 정확하다. 하지만 토양샘플 채취 시 현장에서 잔디식물과 식재층 일부가 훼손되고, 실험실에서 여러 단계의 프로세스 과정을 거쳐야 하는 번거로움과 시간이 많이 소요되는 단점이 있다. 실무 현장에서는 현장 투수측정기를 이용한 투수속도와 정수위 투수시험기를 이용한 포화투수계수를 측정해서 그 성능을 비교 후 잔디식재 및 관리에 활용하는 것이 적절하다. 따라서 다양한 토양조건에서 잔디 생육특성 뿐만 아니라 잔디생장에 영향을 주는 통기성 관련 투수 성능에 대한 연구도 필요하다.

국내에서 한지형 잔디에 대한 생육특성에 대한 연구 및 발표는 과거에 비해 활발해지고 있다(Kim, 2005; Kim and Jung, 2009; Kim and Kim, 2010; Kim and Kim, 2020; Kim and Nam, 2003; Kim and Park, 2003; Kim et al., 1998; Kim et al., 2005; KOWOC, 2000a; Lee, 2016; Lee et al., 2001a, 2001b, 2018; Shim, 1996; Shim and Jeong, 1999; Shim et al., 2000). 하지만 잔디생육에 영향을 주는 토양수분의 투수 특성을 조사한 실험 결과는 아직s 충분하지 않기 때문에 이와 관련된 연구가 잔디실무 현장에 필요하다. 또한 잔디지반의 투수성능 관련 연구 시 정수위 투수시험기를 이용한 투수속도를 측정해서 체계적으로 분석한 실험은 많지 않고, 대부분 모래 위주의 지반에서 간편하게 사용할 수 있는 현장 투수측정기를 이용한 실험이 주로 진행되었다(Kim, 2019; Kim and Shim, 2003; Shim and Jeong, 2002). 특히 배수가 불량한 일반 토양의 잔디밭에서 투수관련 연구는 대단히 부족한 실정이다.

따라서 일반토양 및 모래지반 등 다양한 종류의 토양환경에서 실무 현장에 편리하게 사용할 수 있는 현장 투수측정기를 이용한 투수속도와 정확도가 뛰어난 정수위 투수시험기를 이용한 포화투수계수를 비교분석해서 실무에 활용하는 것이 필요하다. 또한 모래 지반과 일반 기존토 지반에서 동시에 연중 투수속도에 대한 계절별 비교 데이터 및 관련 정보도 상당히 부족한 실정이다.

본 연구는 일반 토양의 기존토 지반과 캘리포니아 모래 지반에 조성한 잔디밭에서 실린더형의 현장 투수측정기를 이용한 계절별 투수속도와 정수위 투수시험기를 이용한 포화투수계수를 비교해서 지반 및 측정방법에 따라 투수성능 차이를 파악해서 잔디식재 및 잔디밭 관리에 활용하고자 수행되었다.

재료 및 방법

잔디지반조성

삼육대학교 잔디실험포장은 캘리포니아 모래 지반(식재층 30 cm)과 원지반에 있는 일반 토양(loamy sand, 양질사토)을 이용해서 지형 정리 후 준비한 기존토 지반 2종류로 조성하였다. 캘리포니아 지반 조성 시 사용한 골재는 입경이 0.25-1.0 mm 사이의 중사 및 조사가 60% 이상 차지하는 모래를 이용하였다. 일반 토양의 기존토 및 캘리포니아 지반 준비 후 잔디식재는 한지형 계통의 켄터키 블루그래스(Poa pratensis L.), 퍼레니얼 라이그래스(Lolium perenne L.) 및 톨 훼스큐(Festuca arundinacea Shreb.) 3 종류 잔디를 각각 파종량 기준으로 12, 35, 45 g m-2을 1 m×2.5 m 실험구 면적에 4반복으로 파종해서 피복하였다. 본 실험에서 투수속도 조사는 파종 후 2년 동안 양생 후 잔디밭 조성이 완전히 완성된 상태인 2010-2011년 실시하였다.

현장 투수속도

현장 투수속도는 일반 토양과 모래로 각각 조성한기존토 지반과 캘리포니아 지반에서 실린더형의 투수속도 측정기(IN2-W Turf-Tec Infiltrometer, Turf-Tec International, Oakland Park, FL, USA)를 이용하여 조사하였다. 실린더형의 현장 투수속도기는 내경 6.03 cm, 외경 10.79 cm의 더블링 방식으로 구체적인 사양은 Table 1과 같다.

잔디밭에서 현장 투수속도 조사 직전 자동 스프링클러 시스템을 이용하여 식재층 토양에 충분히 살수후 투수속도 측정기를 식재층에 삽입하고 내부에 설치되어 있는 투수관(폭 6.8 cm, 높이 12.6 cm)에 물을 붓고 지표면에서 56.5 cm 높이에 위치한 투수속도기의 지시봉 눈금이 아래로 7 cm 내려갈 때까지의 시간을 측정하였다.

일반 토양의 기존토 지반에서 계절별 투수속도는 5월부터 10월까지 계절별로 4회 조사한 3 초종의 투수속도 데이터 평균값을 이용해서 기존토 지반의 계절별 평균 투수속도를 구하였다(Kim, 2022). 그리고 캘리포니아 모래 지반의 투수속도 데이터도 계절별로 초종별 투수속도를 4회(봄, 초여름, 늦여름, 가을) 조사해서 발표한 선행 논문의 데이터를 이용하여 전체 평균값을 구하였다(Kim and Kim, 2020). 그리고 지반간 투수속도 비교는 캘리포니아 지반과 기존토 지반에서 구한 각 지반 별 전체 투수속도 평균값을 이용해서 지반간 투속속도 성능을 비교하였다.

Table 1. Specifications for on-site infiltrometer used at the site of the research field during the study.

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포화투수계수

포화투수계수는 일반 토양의 기존토 및 캘리포니아 모래 지반에서 2011년 토양 샘플을 채취 후 실험실에서 정수위 투수시험기(Heungjin Testing Machines, Kimpo, Korea)를 이용하여 조사하였다. 포화투수계수 측정방법은 먼저 시료를 건조시킨 후 다짐 몰드(내경 10 cm, 높이 12.3 cm)에 건조시킨 시료를 1/4씩 채우고 다짐봉을 이용하여 100회씩 시료면을 균일하게 다짐을 실시하였다.

이 때 완전히 다져진 샘플은 수조(20 cm×20 cm×20 cm)에 넣고 다짐 몰드의 아래 부분부터 시료가 서서히 포화될 수 있도록 하였다. 그리고 완전히 포화시킨 코아 샘플에 대한 포화투수계수 측정은 시료 샘플을 거쳐서 배수관을 통하여 유출되는 수량이 일정해질 수 있도록 5-10분 정도 일정시간 동안 흘려보낸 유량을 확인 후 정수위 상태에서 일정한 시간 안에 투수되는 물의 양을 측정하였다. 본 실험에서 측정 회수는 3분 간격으로 총10회에 걸쳐 측정한 유출량을 다음 공식을 이용해서 포화투수계수를 구하였다(KONETIC, 2004).

KT =QL/hAt (1)

KT: 투수계수(mm h-1)

Q: 유출수량(mm3)

L: 시료높이(mm)

h: 수위차(mm)

A: 시료 단면적(mm2)

t: 투수시간(h)

결과 및 고찰

현장 투수속도

일반 토양의 기존토 및 캘리포니아 모래지반에 조성한 잔디밭에서 조사한 현장 투수속도는 계절 및 지반에 따라 유의한 차이가 나타났다. 잔디 연구포장에서 실린더형의 현장 투수측정기로 조사한 지반간 연중 전체 평균 투수속도는 캘리포니아 모래 지반이 397.15 mm h-1, 기존토 지반이 1.13 mm h-1로 나타나 지반간 차이가 396.02 mm h-1로 나타났다(Fig. 1). 즉 캘리포니아 모래 지반의 투수속도가 일반 토양의 기존토 지반에 비해 350배 더 빠른 것으로 나타났다. 또한 계절별 현장 투수속도도 일반 토양에 비해 모래로 조성한 지반에서 지속적으로 우수하게 나타났다.

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Fig. 1. Overall infiltration rate measured by on-site infiltrometer under anysoil and California systems. Soil textural information for anysoil and California systems were described in Table 3. Bars with different letters are significantly different based on Duncan's multiple range test at P=0.05.

봄철 5월 초순 조사 시 투수속도는 캘리포니아 지반에서 273.68 mm h-1, 기존토 지반에서 1.07 mm h-1로 지반간 차이가 272.61 mm h-1로 나타났다(Table 2). 이는 캘리포니아 지반의 투수속도가 일반 토양에 비해 255배 정도 더 빠른 것을 의미한다. 초여름 6월 하순에 조사한 투수속도는 캘리포니아 지반에서 531.42 mm h-1, 기존토 지반에서 0.38 mm h-1로 지반간 차이가 531.04 mm h-1로 모래 지반의 투수속도가 1,398배 정도 더 빠르게 나타났다. 늦여름 8월 초순 조사한 투수속도는 캘리포니아 지반에서 339.38 mm h-1, 기존토 지반에서 0.80 mm h-1로 지반간 차이가 328.58 mm h-1로 나타났다. 즉 일반 토양의 기존토 지반에 비해 캘리포니아 모래 지반의 투수속도가 424배 더 빠른 것을 의미한다. 마지막으로 10월 초순 가을에 조사한 투수속도는 2.27-444.11 mm h-1 사이로 지반간 차이가 441.84 mm h-1로 모래 지반의 투수속도가 195배 정도 더 빠르게 나타났다.

Table 2. Seasonal infiltration rate measured by on-site infiltrometer under anysoil and California systems.

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y Data for anysoil and California systems were adapted from Kim (2022) and Kim and Kim (2020), respectively. Soil textural information for anysoil and California systems were described in Table 3.

z Investigation dates in spring, early summer, late summer and fall were May 4, June 30, August 2 and October 1 in 2010, respectively.

a, b: Mean separation within columns by Duncan’s multiple range test at P=0.05.

즉 현장 투수측정기를 이용한 투수속도 조사 시 계절에 관계없이 연중 캘리포니아 지반의 투수속도가 일반 토양의 기존토 지반에 비해 훨씬 빠르게 나타났는데, 이러한 차이는 잔디지반의 토성 및 토양공극과 관계가 있는 것으로 판단되었다(Kim et al., 1992). 캘리포니아 지반의 토성은 모래가 99% 이상인 사토로 일반 기존토 지반에 비해 모래 함유율이 20% 정도 더 많은 편이다(Table 3). 대신 일반 토양의 기존토 지반은 모래 지반에 비해 미세공극과 관련이 있는 점토와 실트가 12.7% 및 7.6% 정도 더 많이 함유하고 있다. 모래는 토양의 화학적 특성을 좌우하는 점토 입자 주변에 있으면서 토양에서 골격 역할을 하며, 모래 함유율이 증가할수록 대공극이 증가함으로 통기성 및 투수성 등 물리성이 향상된다(Waddington, 1992). 왜냐하면 토양공극에는 크게 대공극 및 미세공극 두 종류가 있는데 이중 토양수분 이동은 대공극과 밀접한 관계가 있기 때문이다. 즉 잔디밭에서 배수성능은 대공극과 미세공극 비율에 따라 결정되는데, 특히 대공극이 많은 모래 토양일수록 투수속도는 증가한다(Carrow and Petrovic, 1992). 따라서 본 실험에서 토성이 사토인 캘리포니아 모래 지반이 토성이 양질 사토인 일반 토양의 기존토 지반에 비해 모래 함유량이 20% 정도 더 많고, 대공극 점유율도 훨씬 높기 때문에 투수속도가 연중 지속적으로 빠르게 나타난 것으로 판단되었다.

Table 3. Soil texture classification under anysoil and California soil systems during the study.

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z Data for anysoil and California systems were adapted from Kim (2021).

또한 캘리포니아 모래지반에서 여름 고온기 투수속도 평가 시 초여름 6월 하순 531.41 mm h-1에서 늦여름 8월 초순 투수속도가 339.38 mm h-1로 크게 감소하였는데, 이는 장마철 전후 잔디지반의 토양수분 포화 정도 차이 때문에 나타난 것으로 판단되었다. 왜냐하면 장마철 집중 강우로 인해 잔디지반 내 수분 과다 시 전체 토양공극에서 액상의 비율이 증가하면서 토양 내 수분 이동이 저하될 수 있기 때문이다. 본 실험에서 투수속도 조사 전 4주 동안 강우량을 비교하면 6월 하순 조사 전 4주간 강수량은 117 mm에 비해, 8월 초순 조사 전 4주간 강수량은 276 mm로 8월 초순의 강우강도가 2.36배로 정도 더 높게 나타났다(KMA, 2012). 토양수분 이동 시 토양단면을 통하여 이동하는 투수량은 강수량 등 수분 공급량과 표토의 침투성 등에 따라서 달라질 수 있다(Kim et al., 1992).

포화투수계수

캘리포니아 모래 지반 및 기존토 지반에서 토양 샘플 채취 후 코어 상태로 실내에서 완전 포화 수분 상태의 정수위 투수시험기로 투수속도를 측정결과 지반 종류에 따라 차이가 크게 나타났다. 캘리포니아 지반에서 채취한 토양 샘플의 포화 투수계수 데이터는 407.64-433.12 mm h-1 사이로 10회 조사 결과 균일하게 나타났다. 또한 일반 양토의 기존토 지반에서 채취한 토양 샘플의 포화 투수계수도 117.19-132.48 mm h-1 사이로 정수위 투수시험기로 조사결과 일정하고 균일하게 나타났다(Table 4). 또한 본 실험의 2종류 지반간 평균 포화투수계수를 비교 시 모래로 조성한 캘리포니아 지반의 경우 평균 투수계수는 414.77 mm h-1 이었다. 반면 일반 토양의 기존토 지반인 경우 평균 투수계수는 122.80 mm h-1로 나타나 2 종류 지반간 차이가 291.97 mm h-1로 나타났다(Fig. 2). 이는 캘리포니아 지반의 투수속도가 기존토 지반에 비해 2.37배 정도 더 빠른 것을 의미한다. 즉 캘리포니아 모래지반의 투수성능이 일반 양토의 기존토 지반에 비해 더 우수하게 나타났는데, 이러한 결과는 잔디밭 식재층에서 채취한 토양 샘플을 구성하고 있는 입자 크기와 토양 샘플내 토양공극과 관계가 있는 것으로 판단되었다.

Table 4. Water permeability rate measured by constant-head permeameter for soil samples taken from both anysoil and California systems during the study.

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ySoil textural information for anysoil and California systems were described in Table 3.

zKT=QL/hAt. KT: Hydraulic conductivity, Q: Volume of water discharging in time, L: Length of the sample, h: Hydraulic head, A: Cross-sectional area, t: Time.

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Fig. 2. Overall saturated water infiltration rate measured by constant-head permeameter for soil samples taken from both anysoil and California systems. Soil textural information for anysoil and California systems were described in Table 3. Bars with different letters are significantly different based on Duncan's multiple range test at P=0.05.

본 실험에서 캘리포니아 지반의 경우 대공극과 관계된 입경이 0.05-2.00 mm 사이의 모래가 99.8%이고 입경이 0.002 mm 이하인 점토는 0.1%를 갖고 있다(Table 3). 반대로 일반 토양의 기존토 지반인 경우 대공극과 관계된 0.05-2.00 mm 사이의 모래가 79.5%이고 미세공극과 관계된 0.002 mm 이하인 점토는 12.8%로 캘리포니아 지반에 비해 1,280배 정도 더 많이 함유하고 있다. 잔디지반에서 토양 수분의 이동은 토양공극 중 대공극과 밀접한 관계가 있기 때문에(Puhalla et al., 2002; USGA Green Section Staff, 2018; Waddington, 1992), 토양 샘플 내 모래 함유율이 증가할수록 대공극 비율이 증가하고 이러한 변화는 결국 배수성능 상승과 관련이 있다(Kim, 2021).

이와 같은 실험결과는 다른 보고에서도 확인되고 있는데 모래 입자 크기가 0.1 mm 일 때 포화투수계수가 130 mm h-1 였지만, 모래 입경이 0.2 mm와 0.4 mm인 경우 포화투수계수는 각각 450 mm h-1와 1,500 mm h-1로 증가하였다(Korea Sport Science Institute, 1998) 또한 Kim and Shim (2003)도 모래 지반일지라도 모래 분포 정도에 따라 투수성능 차이가 나타나는 것을 확인하였다. 즉 동일한 조건으로 관리한 잔디포장에서 현장 투수측정기로 측정 시 USGA 지반구조의 투수속도는 1,830 mm h-1, 반면 0.25 mm 이하의 입자가 2배 이상 많은 약식구조 지반의 투수속도는 1,245 mm h-1로 감소한다고 보고하였다. 즉 이것은 USGA 지반에 비해 0.25 mm 이하의 세사 및 극세사를 훨씬 더 많이 함유한 약식지반의 투수속도가 1.5배 정도 느린 것을 의미한다.

또한 일반 토양의 기존토 지반 및 캘리포니아 모래 지반에서 수행한 본 실험결과 실린더형의 현장 투수속도기를 이용해서 측정한 투수속도와 토양샘플 채취 후 포화상태 조건에서 측정한 포화투수계수를 잔디지반 및 측정방법에 따라 비교 분석한 결과 투수속도는 식재층 지반 유형뿐만 아니라 측정방법에 따라서도 투수속도 차이가 크게 나타났다(Table 5).

Table 5. Differences in water permeability rate measured by on-site infiltrometer and constant-head permeameter under anysoil and California systems during the study.

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zData under on-site infiltrometer method for anysoil and California systems were adapted from Kim (2022) and Kim and Kim (2020), respectively. Soil textural information for anysoil and California systems were described in Table 3.

a, b: Mean separation within columns by Duncan’s multiple range test at P=0.05.

즉 캘리포니아 모래 지반에서 현장 투수측정기와 정수위 투수시험기로 측정한 투수 속도는 각각 397.15, 414.77 mm h-1로 나타나서 측정방법에 따라 투수속도 차이가 17.62 mm h-1로 거의 나타나지 않았다. 하지만 일반 토양의 기존토 지반에서는 현장 투수측정기의 투수속도와 정수위 투수시험기의 투수속도가 각각 1.13, 122.80 mm h-1로 나타나 측정방법에 따라 차이가 121.67 mm h-1로 크게 나타났다. 즉 기존토 지반에서는 측정방법에 따른 투수속도 차이가 108.67배로 대단히 크게 나타났다. 잔디밭을 훼손하지 않고 간편하게 사용할 수 있는 현장 투수측정기는 잔디관리 시 모래지반에서 사용할 경우 실무적으로 유용하게 사용할 수 있다. 왜냐하면 현장에서 실린더형의 투수측정기를 이용할 경우 잔디밭 식재층 표면에서 대상 측정 지점의 5-20 cm 정도 깊이까지 삽입하고, 투수측정기의 내부 및 외부 실린더에 수분을 가득 채운 후 측정 지점의 토양에 배수시켜 토양을 포화시키면서 다시 내부 실린더에 수분을 추가 공급해서 완전 배수 될 때까지의 시간을 측정해서 투수속도를 구하는 방식으로 조작이 간편하고 편리성이 우수하기 때문이다(Turf-Tec International, 2020).

즉 현장 투수측정기는 일반 토양보다는 모래로 조성한 지반에 적극 활용할 수 있다. 하지만 잔디밭 조성 후 생장이 왕성해지면서 뿌리발달 및 대취 축적 등 요인에 따라 투수속도가 저하될 수 있기 때문에 현장 사용 시 유의할 필요가 있다. 2002년 월드컵축구대회를 유치 후 다양한 종류의 지반에서 수행한 연구용역 결과는 초종별 투수속도 경향은 뿌리발달이 직근성으로 많이 발달할수록 투수속도가 감소해서 배수력에 부정적인 영향을 미칠 수 있다(KOWOC, 2000a). 또한 국내에서 뿌리특성과 투수속도의 상관관계 분석결과 뿌리 발달이 왕성할수록 투수성능은 감소(r= -0.611)하는 것으로 알려져 있다(Kim, 2019). 본 실험결과 현장 투수측정기를 골재가 균일하게 포설한 모래 지반 이외 일반 토양의 기존토 지반에 사용할 경우 정수위 투수계수와 비교 시 투수속도 차이가 크게 나타나므로 일반 토양에서 투수속도 비교는 정수위 포화투수를 사용하는 것이 적절하다고 판단되었다.

종합적으로 현장투수속도 및 정수위 포화투수계수 모두 일반 토양보다 모래 지반에서 더 양호한 것으로 나타났는데, 이러한 차이가 나타난 것은 모래 지반의 토양물리성이 더 우수하기 때문이다. 왜냐하면 토양수분의 수직 이동 속도는 토양 입자 크기, 토양공극의 양, 토성 및 토양구조 등 토양 물리적 성질에 따라 달라질 수 있기 때문이다(Kim et al., 2006). 즉 잔디생장에 중요한 통기성과 투수성능을 고려 시 캘리포니아 모래 지반이 일반 양토의 기존토 지반보다 더 우수한 것으로 나타났는데, 이러한 차이는 캘리포니아 지반의 식재층 토양환경이 일반 양토의 기존토 지반에 비해 잔디생육에 더 양호하기 때문이다. 본 실험에서 캘리포니아 지반은 모래가 99% 이상으로 기존토 지반에 비해 대공극 비율이 매우 높아 일반 양질 사토의 기존토 지반에 비해 배수 및 통기성이 양호하므로 잔디생육 및 품질에 바람직하다고 판단되었다.

잔디밭 조성 및 관리 시 배수와 통기성 확보는 대단히 중요하다. 배수불량 지역은 뿌리 호흡이 원활하지 않아 잔디가 고사하게 됨으로(Christians, 2004; Kneebone et al., 1992), 적절한 배수성능을 유지하는 것이 필요하다. 잔디밭 지반에 따라 대공극 비율이 다르며 이에 따라 투수성능 차이가 나타날 수 있다. 즉 지반에 따라 잔디생장 및 뿌리발달이 다르고, 동일한 환경 및 관리 조건에서 일반 토양의 기존토 지반은 투수성능이 상당히 낮으므로 잔디밭 설계 및 시공 시 개선이 필요하다. 따라서 국내에서 사용 인원이 많은 정원, 공원, 학교 운동장 등에 많이 활용하는 일반 양토의 기존토 지반은 잔디밭 조성 시 모래 혼합을 통해서 투수성 및 통기성 향상이 필요하다.

또한 캘리포니아 모래 지반과 기존토 지반에서 현장 투수측정기를 이용한 투수속도와 정수위 투수시험기의 포화투수계수를 비교 시 측정방법에 따라 투수속도 차이가 크게 나타나기 때문에 현장 투수측정기 사용은 지반에 따라 선택적으로 사용할 필요가 있다. 본 실험을 통해 밝혀진 지반에 따른 계절별 투수속도와 포화투수계수 데이터 결과는 잔디밭 설계, 시공 및 관리에 실무적으로 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

요 약

본 연구는 일반 토양의 기존토 지반과 캘리포니아 모래 지반에 조성한 잔디밭에서 현장 투수속도기를 이용한 투수속도와 정수위 투수시험기를 이용한 포화투수계수를 비교해서 지반 및 측정방법에 따라 투수성능 차이를 파악해서 잔디식재 및 관리에 활용하고자 시작하였다. 일반 기존토 지반 및 캘리포니아 지반에서 현장 투수속도 및 포화투수계수를 분석결과 지반, 계절 및 측정방법에 따라 유의한 차이가 나타났다. 현장 투수측정기로 조사한 연중 전체 평균 투수속도는 캘리포니아 모래 지반이 397.15 mm h-1, 기존토 지반이 1.13 mm h-1로 지반간 차이가 396.02 mm h-1로 나타나서, 캘리포니아 지반의 투수속도가 일반 토양에 비해 350배 더 빠른 것으로 나타났다. 또한 계절별 현장 투수속도도 캘리포니아 모래 지반이 195-1398배 더 빠르게 나타났다. 전체 평균 포화투수계수는는 캘리포니아 지반 및 기존토 지반에서 각각 414.77, 122.80 mm h-1로 지반간 차이가 291.97 mm h-1로 캘리포니아 지반이 2.37배 정도 더 빠른 것으로 나타났다. 또한 식재층 지반 유형과 측정방법에 따라 투수성능 차이가 크게 나타났다. 특히, 기존토 지반의 경우 측정 방법에 따라 투수속도 차이가 108배 정도 나타나서 현장 투수속도기를 일반 토양에 사용하는 것은 부적합한 것으로 판단되었다.잔디밭에서 통기성 및 배수성능을 고려 시 일반 양토의 기존토 지반에 비해 캘리포니아 모래 지반이 더 우수한 것으로 판단되었으며, 기존토 지반은 잔디밭 시공 및 관리 시 모래 혼합을 통해서 식재층의 대공극 비율을 높이는 것이 바람직하다. 본 실험을 통해 밝혀진 지반에 따른 계절별 투수속도와 포화투수계수 데이터는 잔디밭 설계, 시공 및 관리에 실무적으로 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

주요어: 모래지반, 양질 사토, 정수위 투수계수, 포화투수계수, 현장투수측정기

Author Information

Kyoung-Nam Kim, Department of Environmental Design and Horticulture, Sahmyook University, Professor

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