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국내 주요 월드컵 경기장은 전천후 경기가 가능한 돔구조 형태로 시공한 지붕막 구조물로 인해 광 투과율 감소 및 일조량 부족과 이로 인한 동절기 지반 동결 문제가 있다(Song, 1999; Park, 2019). 돔 구조 형태의 스타디움에서 그라운드 내부에 일조량 부족이 나타나는 지역은 지붕막 재료, 설치 모양, 관람석 점유율에 따라 다르게 나타난다. 전국 10개 월드컵 스타디움중 서울과 울산과 같은 축구 전용 구장은 지붕막 구조 설치 비율이 90% 전후로 높기 때문에 인천, 대구 등의 종합 운동장에 비해 실질적으로 그라운드 내부에 나타나는 음영 지역의 비율이 훨씬 더 높은 편이다(Korea Institute of Sport Science, 1998; Lee, 2002).
예를 들어 서울 월드컵 경기징과 같은 돔 구조형태의 축구 전용구장은 부족한 자연 채광량으로 남쪽 지역은 지상부 잔디생장과 뿌리발달 저하로 잔디밭 품질이 떨어지고, 12월 하순 지표면 온도가 영하 10℃ 이하로 내려간다. 즉 동절기에는 결빙이 심하게 나타나서 이른 봄 잔디그라운드의 사용이 쉽지 않다. 따라서 이러한 문제점을 개선하기 위해 선진국에서 사용하고 있는 인공채광기 도입 및 히팅 시스템 설치 등 변신 노력을 하고 있지만(Choi, 2017; Lim, 2020), 아직까지 국내 환경에 활용할 수 있는 체계적인 신기술 데이터 축적은 절대적으로 부족한 상황이다(Park, 2019).
국내 A-매치 경기의 성지인 서울 월드컵 주경기장은 PTFE (Poly Tetra Flour Ethylene) 지붕막의 관중석 설치 비율이 93%로 그늘 지역이 심하게 발생하고 있다(Seoul Metropolitan Government, 2002). 음영 구역에 있는 잔디밭은 정상적인 100% 자연 채광 잔디밭에 비해 광환경 조건이 불량하기 때문에 전체 천연잔디그라운드의 연중 균일한 생장과 밀도 조절이 쉽지 않다. 즉, 이러한 그라운드 상태는 축구 경기 시 볼 바운싱 및 볼 컨트롤 등 선수들의 경기력에도 영향을 주어, 월드컵 지역 예선전 등 중요한 국가대표의 경기 승패에도 관련이 깊어 스타디움의 잔디밭 품질 개선 요구는 점점 더 증가하고 있다(Choi, 2017; Kim, 2024b).
유럽에서 축구는 가장 인기있는 스포츠 종목중 하나로 동절기 1-2월 경기 시 잔디그라운드 사용에 문제가 없다. 왜냐하면 국내에 비해 상대적으로 다소 온화하고, 히팅 시스템 설치 등을 통해 잔디 근권층의 토양 온도를 조절할 수 있는 시설을 갖추고 있기 때문이다(Boocock, 1994). 하지만, 우리나라의 경우 겨울철 추운 날씨와 히팅 시스템 등의 미비로 야구 및 축구 등 실외 스포츠 종목은 경기 운영 및 잔디밭 유지 관리가 여의치가 않다. 이러한 이유로 K-리그는 전통적으로 3월부터 12월 초순까지 경기가 진행되고 있다. 이에 따라 국내 스타디움의 잔디관리도 일반적으로 그라운드가 완전해빙되는 3월부터 12월 초순까지 집중되고 있는 상황이다.
하지만 최근 국내외 스포츠 환경 요인이 변화되면서 대표적 구기 종목인 축구의 경우 동절기 2월에도 개최 요구가 지속적으로 증가하고 있다(Nam, 2020). 국내에서 매년 개막전은 홈 또는 어웨이 스케줄에 따라 잔디그라운드 개방 시기가 2월 하순 또는 3월 초순으로 점점 앞당겨지고 있는 추세이다. 또한, 해외 요인으로 FIFA (Fédération Internationale de Football Association)에서 주관하는 대륙별 국가간 또는 클럽 대항전 경기 개최 횟수가 점점 증가함에 따라 국내에서도 2월에 개최되는 A-매치 경기도 종종 발생하고 있다(Nam, 2020; Yoon, 2015).
국내외에서 이러한 사회적 스포츠 환경 요인 변화로 인해 동절기에 잔디밭 휴면과 그라운드 결빙이 심하게 나타나는 경기장에서 겨울철 녹색 유지와 결빙 방지 측면에서 히팅 시스템 설치 등 다양한 시도와 대책을 고민해야 할 시점이다. 특히 관중 동원에 국내 최적의 입지 조건을 갖고 있는 서울 월드컵 경기장의 경우 2월에도 원활한 경기 진행을 위해 동절기 녹화, 결빙 방지 및 이른 봄 그린업 향상 등이 타 구장에 비해 크게 요구되고 있다(Nam, 2020; Park, 2019; Yoon, 2015).
서울 월드컵주경기장은 경우 자연채광이 100% 확보되는 잔디밭에 비해 PTFE 지붕막 설치로 인해 나타나고 있는 음영 문제로 연중 잔디생장이 저조하며(Kim, 2019), 축구 시합 시 태클, 슬라이딩 등으로 인해 잔디밭 훼손이 심하게 나타나고 있다. 따라서 국가 대표급 선수들의 경기력 저하와 함께 부상 위험도 지속적으로 증가하고 있다(Kim, 2024a). 또한 남쪽 지역은 동지를 지나면서 12월 하순-1월 초순에 그라운드 표면 온도가 영하 15℃까지 떨어지면서 심하게 결빙되기 때문에 이른 봄 그라운드 개방 시 볼 구름이 정상적이지 못하며, 선수들의 경기력 저하와 부상 우려가 있다. 이러한 이유로 2월 하순-3월 초순 사이 그라운드 사용이 제한될 수밖에 없기 때문에 이의 개선이 필요하다(Ku and Lee, 2002, Park, 2019).
잔디밭에서 히팅 시스템은 서리 제거, 제설, 동절기 휴면 지연, 푸른 기간 연장 등의 목적으로 이용되고 있다(Christians, 2007). 경기장 또는 골프장에 설치하는 히팅 시스템 종류는 열 매개체에 따라 증기 난방, 온수 난방 및 온풍 난방 등으로 구분할 수 있다(Boocock, 1994). 유럽 선진국의 고품질 경기장에서는 겨울철에 토양 온도 조절을 위해 열선, 온수 파이프 등 다양한 가온 시설을 설치해서 이러한 문제점을 해결하고 있다(Kim et al., 1998). 시대적으로 우리나라도 국내외 스포츠 환경 요인 변화로 인해 동절기 결빙 방지를 위한 잔디밭 관리 대책이 필요하다(Kim, 2017).
2002년 월드컵 축구대회 개최 전후 경기장 관련 연구는 대부분 잔디초종 및 관리방법 개선 위주로 진행되어 왔다(Han et al., 2017; Kim, 2005, 2013; Kim and Kim, 2020; Kim and Park, 2003; Kim et al., 2003a, 2003b; KOWOC, 2000; Lee et al., 2001a; Park, 2012; Shim and Jeong, 1999; Shim et al., 2000). 국내에서 난방 또는 냉방 시스템(heating or cooling system) 도입 관련 잔디연구와 관심은 증가하고 있지만 아직 충분하지 않다(Ku and Lee, 2002; Lee et al., 2001b). 특히 축구 전용 구장중 돔 구조 형태로 시공해서 지붕막이 설치되어 있는 그라운드는 연중 잔디 품질 저하, 천근성의 뿌리 발달, 동절기 결빙 등으로 이른 봄 잔디그라운드 개방 시기, 경기력 저하 및 부상에 영향을 줄 수 있기 때문에 국내에서도 히팅 시스템을 이용해서 가온 시 이에 대한 체계적인 데이터 축적이 필요하다. Ku and Lee (2002)는 겨울철에 식재층 토양을 20℃ 전후 유지 시 한지형 잔디의 녹색 유지 및 해빙에 도움을 준다고 보고하였다. 하지만 지중 온도가 지상부 생장, 엽록소 생성 및 잔디밭 품질에 영향을 주는 효과 관련 포장 실험 중 주별로 조사한 심층 데이터는 아직 충분하지 않기 때문에 이와 관련 연구 및 실험은 반드시 필요하다. 특히, 돔 구조로 조성한 현장 스타디움에 히팅 시스템을 설치 후 수행한 연구는 전무하다.
본 연구는 히팅시스템 설치에 따라 동절기의 엽출현, 엽록소 수준 및 잔디그라운드 품질 차이를 조사해서 조경 설계 및 시공 시 가이드라인 제시와 함께 실무 현장의 잔디밭 관리 시 활용하고자 실시하였다.
재료 및 방법
공시재료
본 실험은 켄터키 블루그래스(Poa pratensis L.)로 조성한 축구장에서 그라운드 남쪽에 히팅 시스템을 설치 후 수행하였다. 잔디지반은 지표면에서부터 전체 45cm 토양을 USGA 지반구조로 조성하였다. 실험 처리구는 히팅시스템 설치 유무에 따라 2개 처리구로 설정하였다(Table 1). 즉 처리구1(Heating System Treatment, HST)은 잔디그라운드 남쪽 지역의 골에어리어에 히팅 시스템 배관 파이프를 설치해서 준비하였고, 대조구인 처리구 2(Non-Heating System Treatment, NHST)는 남쪽 골에어리어에 설정한 HST 지역(처리구1) 인근에 동일한 규모의 실험구로 준비하였다.
Table 1
Heating system treatment, installation zone and location in Seoul Worldcup Stadium at the experiment.
순환식 히팅 시스템 설치
히팅 시스템은 2018년 11월 초순 경기장에 있는 전체 잔디를 제거 후 식재층 토양을 개선하면서 설치하였다. 이 때 전면 교체 과정은 먼저 기존 잔디밭을 재단 후 잔디 굴취기로 일정한 규격(46 cm×55 cm×4 cm)으로 굴취해서 그라운드 내부의 모든 잔디를 수거 후 기존의 식재층 토양에 대해 갱신작업을 실시하였다. 식재층 갱신작업 후 결빙 현상이 심하게 나타나는 남쪽 지역을 대상으로 골에어리어 지역(10 m×20 m)에 순환식 히팅 시스템(hydroponic tubing system)을 설치하였다. 동절기 결빙 방지와 이른 봄 잔디녹화를 위해서 설치한 히팅시스템은 다음과 같이 일련의 작업으로 진행하였다(Fig. 1).
즉 남쪽 골에어리어의 식재층 토양 20 cm을 걷어낸 후 사전에 준비한 히팅시스템 배관(엑셀 파이프, 직경 15 mm)을 25 cm 간격으로 5열로 배치하였다. 배관 파이프 설치 후 식재층을 다시 모래로 재포설(sand recapping)하였다. 식재층 토양을 재포설 후 전체 지면 정리 및 평탄작업(leveling)을 실시하였고, 마지막으로 다짐작업(rolling)을 실시하였다. 이 때 실험 대상지역의 평탄성 확보 후 미리 준비한 양질의 뗏장(46 cm×6 m)으로 잔디식재를 완료하였다. 잔디식재 완료 후 다시 다짐 작업을 실시해서 전체 잔디그라운드 지표면의 평탄성을 충분하게 확보하였다. 히팅 시스템 가동은 2018년 11월 5일부터 2019년 2월 28일까지 약 3개월 정도 5열로 배치한 직경 15 mm 배관을 이용해 실시하였다. 이 때 뿌리가 자라는 식재층의 지중 온도는 열병합 발전소에서 공급받은 98℃의 온수를 순환시켜 5-15℃ 사이로 유지하였다.
잔디생육조사
처리구간 잔디생육 특성을 비교하기 위해 지상부 엽생장, 엽록소 지수 및 잔디품질을 조사하였다. 지상부 엽생장은 HST 및 NHST 지역의 잔디엽수 발생을 통해 확인하였다. 이 때 잔디 엽수는 HST 및 NHST 지역을 대상으로 실험구당 임의로 4개 지점에서 각각 4개의 직립경, 각 처리구당 총 16개를 채취하여 조사하였다. 직립경 채취 시 객관적인 데이터를 위해 건강한 줄기를 선택하였다. 이 때 엽초와 엽신 모두 갈색으로 변화된 엽조직은 엽수에 포함하지 않았다. 실험기간 중 잔디 엽 조사는 2019년 1월 초순부터 주 1회 기준으로 3월 하순까지 정기적으로 조사해서 각 처리구당 4반복 16개 샘플의 평균값을 비교하였다.
잔디 엽록소 수준은 엽록소 측정기(Field Scout CM1000TM Chlorophyll Meter, Spectrum Technologies, Inc, Aurora, IL, USA)를 이용해서 단위 면적 당 상대적인 엽록소 함량을 조사하였다. 엽록소 측정방법은 Chang et al.(2009)의 조사방법을 참조해서 측정하였다. 잔디 엽록소 함량은 1월 초순부터 3월 하순 까지 1주 간격으로 정기적으로 조사해서 각 처리구당 4반복 평균값을 비교하였다.
잔디그라운드의 품질 조사는 잔디생육 상태와 관계가 있는 엽색, 질감, 밀도, 균일도 등을 종합적으로 고려하여 잔디밭에서 자주 사용하고 있는 가시적 평가방법을 이용하였다. 즉 켄터키 블루그래스 생육 전성기인 5-6월에 나타나는 가장 양호한 상태를 9점, 동절기에 나타나는 가장 불량한 상태를 최저 점수인 1점으로 하여 1-9점 사이에서 품질을 평가하였다. 가시적 평가 시 켄터키 블루그래스로 조성한 월드컵주경기장에서 보통 만족할 수준으로 유지 관리되고 있는 일반적인 잔디 품질 상태를 6점 기준으로 설정하여 평가(visual rating, 1-9; 1=poorest, 6=acceptable, 9=best quality)하였다. 잔디 품질은 2019년 1월 초순부터 3월 하순 까지 1주 간격으로 정기적으로 실시하였다.
시험구 배치는 HST 및 NHST 처리구를 난괴법 4반복으로 배치하였으며, 통계분석은 SAS(Statistical Analysis System) 프로그램을 이용하여 ANOVA 분석을 실시하였으며, 처리구 평균간 유의성 검정은 DMRT (Duncan’s Multiple Range Test) 5% 수준에서 실시하였다.
결과 및 고찰
동절기 잔디 엽출현
월드컵 주경기장 남쪽 골에어리어에 히팅시스템 설치 유무에 따른 지상부 엽생장 척도인 잔디엽수 발생은 통계적으로 유의한 차이가 나타났다. HST 및 NHST 전체 처리구의 평균 잔디엽수는 최저 2.95엽에서 최고 3.80엽 사이로 나타났다(Table 2). 순환식 히팅시스템 파이프를 시공한 HST 지역(처리구1)에서 엽수 출현은 계절적으로 1월부터 3월 하순까지 미설치 지역인 NHST 지역(처리구2)의 엽수발생에 비해 더 양호하게 나타났다.
Table 2
The number of leaf emergences as affected by the undersoil hydroponic tubing system in Kentucky bluegrass soccer field during the study. Leaf emergence evaluation was made from January to March in 2019 by counting the number of leaves in each plot.
본 실험에서 최초로 데이터를 조사한 1월 4일, 즉 히팅시스템 설치 후 2개월 지난 시점 HST 처리구와 NHST 처리구에서 엽수는 각각 3.2엽과 3.4엽으로 유의한 차이는 나타나지 않았다. 하지만 1월 10일 잔디 엽수 조사 시 HST 처리구의 경우 3.2엽을 유지하였지만, NHST 처리구는 2.8엽으로 1월 4일에 비해 17.6% 감소하였다. 즉 1월 10일 조사 시 NHST 처리구의 잔디엽수는 HST 처리구에 비해 14.2% 적게 발생하였다. 또한 1월 16일 조사 시 엽수 발생 경향도 1월 10일 엽수 조사와 비슷한 경향으로 HST 처리구의 경우 3.5엽으로 1월 10일 비해 9.3% 증가하였지만, NHST 처리구의 엽수 발생은 2.6엽으로 1월 초순에 비해 23.5% 감소하였다.
이는 국내에서 소한과 대한으로 가장 추운 시기인 1월 중순경 서울 지역의 일평균 최저 기온이 영하 10.2℃까지 떨어지면서(Korea Meteorological Administration, 2019) 잔디밭 표면은 결빙되고, 켄터키 블루그래스의 생장이 일시로 멈추면서 급격한 잔디 엽조직의 탈색으로 나타난 결과로 판단되었다. 하지만 HST 지역은 온수 공급을 통해 지중 온도를 5-15℃ 사이 유지되면서 휴면 방지와 잔디 엽수 유지로 인해 잔디밭 녹화가 가능한 것을 알 수 있었다.
1월 중순 이후 2월 중순까지 잔디엽수 발생 경향은 HST 지역에서는 일정하게 유지되었고, NHST 지역의 엽수 발생은 1월과 2월 시기에 따라 그 차이가 크게 나타났다. 즉 HST 처리구의 경우 잔디 엽수는 3.5-3.9엽 사이로 큰 차이가 없었지만, NHST 지역의 잔디는 1월 16일 2.6엽에서 2월 13일 3.7엽으로 조사 시점에 따라 차이가 크게 나타났다.
본 실험에서는 2월 중순 이후 3월 초순 사이 히팅시스템 설치 지역인 HST 처리구의 엽수 발생이 가장 많이 관찰되었다. 즉, 2월 27일 엽수 조사 시 히팅 시스템 설치 지역인 처리구1은 4.4엽, 미설치 지역인 처리구2는 3.0으로 나타났고, 3월 13일 조사 시 HST 지역과 NHST 지역에서 각각 3.2엽과 2.7엽으로 나타났다. 즉 축구 경기장에서 히팅 시스템으로 식재층 토양을 2월 하순까지 가온 시 엽수 출현 효과는 3월 중순까지 유지되는 것으로 판단되었다.
NHST 지역에서 잔디엽수 발생이 저조한 것은 식재층 지표면의 온도가 낮았기 때문이다. 일반적으로 식물이 자라는 근권층에서 온도 상승과 관계된 열원에는 태양광선, 습윤열 및 유기물 분해열 등이 있는데 이중 주된 열공급원은 태양광선이다(Kim et. al., 2014). 즉 잔디그라운드의 지표면의 온도 변화는 주야간 채광 차이에 따른 태양열 차이로 크게 달라질 수 있다. 잔디밭에서 엽 발생은 생장점이 있는 관부조직에서 교차적으로 발생하는데 신초엽이 엽초 조직에서 뚫고 나올 때 광선 및 온도 조건 등에 따라 그 발생 정도가 다르게 나타날 수 있다(Turgeon, 2005). 특히 PETE 지붕막이 설치된 돔 구조의 잔디그라운드 남쪽 구역은 지붕막에 의한 태양광선 반사로 동절기에 일조량 및 광투과 시간 감소로 광선 투과율과 전체 채광량 저조로 토양 표면의 수열이 감소할 수 있다. 이러한 수열감소로 인해 지표면 온도가 크게 낮아지고 잔디생장 저하와 분얼 속도가 감소하면서 결국 신엽 발생 속도가 느려지게 될 수 있다(Mitchell, 1955).
또한 HST 지역과 NHST 지역에서 모두 2월말 지나면서 잔디 엽수가 감소하는 경향으로 나타났다. HST 처리구의 경우 2월 27일 4.4엽, 3월 6일 3.7엽, 그리고 3월 13일 3.2엽으로 2주 사이 최저 15.9%에서 최대 27.3% 정도 엽수 출현이 감소한 것으로 나타났다. 마찬가지로 NHST 처리구에서도 2월 27일 3.0엽, 3월 6일 2.5엽, 그리고 3월 13일 2.7엽으로 2주 만에 최저 10.0%에서 최대 16.6% 정도 감소하였다. 특히 HST 처리구에서 잔디엽수 감소 비율이 더 크게 나타났는데 이는 본 실험 수행 시 히팅시스템을 통한 순환식 온수 공급이 2월 하순까지 진행되었기 때문에 나타난 결과로 판단되었다.
동절기 잔디 엽록소 수준
잔디엽록소 함량도 히팅시스템 설치 유무에 따라 처리구간 유의한 차이가 나타났다. 동절기에 전체 처리구의 평균 잔디엽록소 함량은 1월 28일 최저 186.40에서 3월 27일 최대 270.50 사이로 처리구에 따라 차이가 크게 나타났다(Table 3). 엽록소 함량이 가장 낮게 나타난 시기는 소한과 대한-즉, 절기상 극혹한기인 1월 중순에서 1월 하순 사이로 전체 처리구의 평균 엽록소 함량은 186.40-191.75 사이로 나타났다. 2월 하순까지 극혹한기를 제외한 나머지 기간의 엽록소 함량은 200 이상으로 나타났다. 즉, 1월 초순부터 1월 중순까지는 205.75-227.25 사이로 나타났고, 2월에는 200.75-231.9 사이로 나타났다. 반대로 평균 엽록소 함량이 250 이상 높게 나타난 시기는 3월 하순으로 이 때 전체 처리구 평균의 엽록소 함량은 270.50으로 나타났다.
Table 3
Turfgrass chlorophyll as affected by the undersoil hydroponic tubing system in Kentucky bluegrass soccer field during the study. Turfgrass chlorophyll index was measured from January to March in 2019 with CM 1000 Chlorophyll Meter (Spectrum Technologies, Inc., IL, USA).
본 실험에서 히팅시스템 설치 후 2개월 지난 시점인 1월 4일 조사 시 HST 처리구와 NHST 처리구의 엽록소 함량은 유의한 차이는 나타나지 않았다. 하지만 1월 10일 조사 시 HST 처리구의 엽록소 함량은 215.5로 1월 4일 데이터와 비교 시 4.1% 증가하였지만, NHST 처리구의 엽록소 함량은 196.0으로 1월 4일 최초 조사에 비해 20.8% 급격하게 감소하였다. 즉, NHST 처리구에 비해 HST 처리구의 엽록소 함량이 9.9% 정도 더 높게 나타났다. 1월 16일 조사 시 처리구간 엽록소 함량도 1월 10일 엽록소 함량 조사와 비슷한 경향으로 나타났다. 즉, HST 처리구의 경우 229.3으로 1월 4일에 비해 10.7% 정도 더 증가하였고, NHST 처리구의 엽록소 함량은 201.3으로 1월 초순에 비해 18.6% 감소하였다.
이는 잔디 엽수 발생에서 기술한 것처럼(Table 2), 국내에서 소한과 대한으로 가장 추운 시기인 1월 서울 지역의 일평균 최저 기온이 영하 10℃ 이하로 떨어지면서 잔디밭 표면은 결빙되고, 켄터키 블루그래스의 생장이 일시 정지되면서 엽조직 탈색과 광합성 작용 등 물질대사 기능이 저하되면서 엽록소 생성이 원활하게 진행되지 않기 때문에 나타난 결과로 판단되었다(Fry and Huang, 2004). 하지만 HST 지역의 데이터에서 관찰한 것처럼 히팅 시스템 설치로 식재층 토양 가온 시 지상부 잔디생장과 녹색이 유지되고 광합성 등 물질 대사작용이 정상적으로 진행되면서 엽록소 생산이 지속됨을 알 수 있었다.
특히 1월 하순부터 2월 21일까지 HST 처리구의 엽록소 함량은 204.8-294.3 사이로 채광이 가장 강한 북쪽 지역의 잔디 엽록소 함량 보다도 더 높게 나타났다(Unpublished data). 이러한 차이는 엽록소 형성에 영향을 주는 환경 요인에 의해 나타나는 것으로 판단되었다. 식물에서 엽록소 생성은 광, 온도 등 여러 가지 요인의 영향을 받는데, 특히 저온 보다는 고온 환경에서 엽록소 생성이 증가하기 때문에 나타난 것으로 판단되었다(Youngner, 1959). Ku and Lee (2002)는 중부지방에서 켄터키 블루그래스, 퍼레니얼 라이그래스(Lolium perenne L.) 및 톨 페스큐(Festuca arundinacea Schreb.) 등 한지형 잔디밭에 히팅시스템으로 가온 시 동절기 1-2월에도 잔디생장과 엽록소 형성이 촉진된다고 보고하였다. 하지만 난지형 들잔디(Zoysia japonica Steud.)는 동절기에 가온을 실시해도 잔디생장 효과는 나타나지 않았다.
2월 21일부터 3월 중순까지도 HST 지역에서 잔디 엽록소 함량은 213.3-294.3 사이로 NHST 처리구(156.8-182.3)에 비해 더 우수하게 나타났다. 하지만 3월 중순 이후에는 HST 처리구와 NHST 처리구간 유의한 차이는 나타나지 않았다. 본 실험에서 히팅시스템 처리가 엽록소 함량에 미치는 효과는 조사 시기에 따라 그 차이가 뚜렷하게 나타났으며, 전반적으로 히팅시스템 설치 지역인 HST 처리구의 경우 1월부터 3월 중순까지 엽조직의 엽록소 함량이 204.80-294.30 사이로 설치하지 않은 NHST 처리구의 156.80-247.50보다 훨씬 더 높게 나타났다.
동절기 그라운드 품질
잔디그라운드를 평가한 점수도 히팅시스템 설치 유무에 따라 처리구간 통계적으로 유의한 차이가 나타났다. 전체 처리구의 평균 잔디품질 평가점수는 1월 10일 최저 3.75점부터 3월 22일 5.30점 사이로 조사시기에 따라 다양하게 나타났다(Table 4). 히팅시스템 설치 효과는 1월 중순부터 3월 중순까지 나타났다. 히팅 시스템 설치 후 2개월 지난 시점인 1월 4일 평가 시 잔디품질은 HST 처리구와 NHST 처리구에서 유의적인 차이는 나타나지 않았다. 1월 10일 잔디 품질은 HST 처리구에서 4.0점으로 나타났지만, NHST 처리구의 잔디품질은 3.5점으로 1월 4일 조사와 비교 시 30% 정도 급격하게 감소하였다. 즉 순환식 히팅 시스템에 의한 가온 효과가 있는 HST 지역에서 1월 10일 잔디품질 평가 점수는 NHST 처리구에 비해 14.2% 더 높게 나타났다. 1월 하순경 잔디품질 평가 점수는 1월 중순에 비해 온수 공급에 의한 가온 유무에 따라 그 차이가 훨씬 더 크게 나타났다. 1월 28일 HST 지역에서 잔디품질 평가 점수는 6.0점으로 1월 4일 비해 39.5% 정도 크게 증가하였지만, NHST 지역에서 잔디품질은 4.3점으로 1월 초순에 비해 14% 정도 감소하였다. 즉 1월 하순 HST 처리구의 잔디품질 평가 점수는 NHST 처리구에 비해 39.5% 정도 더 높게 나타났다.
Table 4
Turfgrass quality as affected by the undersoil hydroponic tubing system in Kentucky bluegrass soccer field during the study. Turfgrass quality evaluation was made from January to March in 2019 with a visual rating of 1 to 9 scale (1=poorest, 6=acceptable and 9=best quality).
1월 20일 혹한기 대한을 지나 온도가 다소 상승하기 시작하는 2월에 잔디품질 평가 점수도 1월과 비슷하게 HST 처리구의 잔디품질이 더 우수하였다. 2월 7일부터 2월 27일까지 4회 조사 시 HST 지역의 잔디품질은 4.8-5.8점 사이로 나타났고, NHST 지역은 3.3-3.8점 사이로 나타났다. 즉 대조구인 NHST 처리구에 비해 온수 순환에 의해 가온 효과가 있는 HST 처리구의 잔디품질 점수가 최대 45.4% 정도 더 높게 평가되었다. 이러한 결과는 앞서 기술한 지상부 잔디생장 척도인 잔디엽 발생 경향과 광합성 등의 물질대사 작용 척도인 엽록소 함량 결과에서도 확인되고 있다(Tables 2, 3).
일평균 기온이 6-10℃ 사이(Korea Meteorological Administration, 2019)로 잔디그라운드에 결빙이 없는 3월 초순에도 이와 비슷한 경향으로 나타나서, 3월 6일 잔디품질 조사 시 HST 처리구와 NHST 처리구의 평가점수는 각각 4.8점과 3.5점으로 HST 지역에서 잔디 품질이 37.1% 정도 더 높게 나타났다. 처리구간 이러한 경향은 3월 중순에도 관찰되었다. 즉 3월 13일 품질 평가 시 HST 지역에서 평가 점수는 5.0점, NHST 지역에서 평가 점수는 2.8점으로 잔디 품질 평가 점수 차이가 78.5% 정도로 크게 나타났다. 하지만 3월 22일 조사 시 잔디 품질 평가 점수는 HST처리구와 NHST 처리구 지역 모두 5.3으로 동일하게 나타났다. 이러한 결과가 나타난 것은 히팅시스템 설치로 온수 공급이 2월 하순까지 지속되면서 HST 지역의 잔디생장 촉진 효과가 3월 중순까지 나타났지만, 3월 중순 이후로는 히팅시스템 설치 및 온수 공급에 의한 온도 상승 효과가 더 이상 나타나지 않는 것으로 판단되었다.
이상에서 주경기장에서 히팅시스템 설치 유무에 따른 잔디품질 차이는 1월 중순부터 3월 중순까지 히팅시스템을 설치해서 순환식 온수로 가온을 하는 기간 HST 지역에서 잔디 품질 평가 점수가 지속적으로 우수한 경향으로 나타났다. 특히 히팅 시스템 설치 유무에 따른 이러한 차이는 1월 하순부터 3월 초순 사이 크게 나타났다. 즉, 돔형 잔디구장의 남쪽 지역은 PTFE 지붕막 설치로 광투과율 감소와 동절기 1-2월 결빙으로 이른 봄에 상대적으로 북쪽 지역에 비해 잔디생장이 불량하기 때문에 잔디관리자는 광조사 및 히팅 시스템 설치 등 선택적으로 잔디생장을 촉진시킬 수 있는 집중 관리를 고려할 필요가 있는 것으로 판단되었다. 서울 월드컵 주경기장의 경우 전통 팔작 지붕 모양의 디자인으로 2002년 개장 초기부터 잔디그라운드내 남쪽 지역이 동절기와 이른 봄에 북쪽 지역에 비해 잔디품질이 더 불량한 것으로 보고되고 있다(Kim, 2019; Lim, 2020).
전체적으로 본 연구에서 동절기에 히팅 시스템으로 가온 후 지상부 생장 척도인 엽수 발생, 엽록소 지수 및 잔디품질을 조사한 결과 켄터키 블루그래스의 잔디엽수는 2.5-4.4엽으로 2002년 한일월드컵축구대회를 준비하면서 실무 현장에서 조사한 엽수 발생 결과와 비슷하게 나타났다(Kim, 2019). 하지만 이러한 결과는 자연광이 100% 조사되는 켄터키 블루그래스로 조성한 잔디밭에서 볼 수 있는 3-7엽 사이에 비해 엽수 발생이 다소 낮은 편이었다(Park, 2012). 즉 자연채광이 양호한 잔디밭에 비해 상대적으로 엽수 발생이 적게 나타난 것은 잔디밭에서 온도 상승으로 잔디생육이 지속될지라도 돔 경기장에 설치한 PTFE 지붕막으로 인해 가시광선 투과율 감소 등 광환경 저하와 함께 동절기 결빙으로 남쪽 잔디밭의 생장속도가 감소하기 때문에 나타난 결과로 판단되었다. 왜냐하면 양질의 잔디밭을 위해서는 식물 광합성 대사작용에 유효한 파장대의 광선 확보와 더불어 잔디생육에 적합한 온도 유지가 동시에 중요하기 때문이다(Kang, 2013).
본 연구에서 잔디 엽록소 함량은 처리구에 따라 최저 156.80에서 최대 294.30 사이로 조사 시점에 따라 137.50 정도 차이가 나타났다. 이러한 차이는 Cho et al. (2021)가 연중 엽록소 조사 시 확인한 계절별 차이인 354 mg·cm-2 보다 다소 낮은 결과였다. 본 연구에서 최대 및 최소 엽록소 함량 차이가 다소 낮았던 것은 Cho et al. (2021)의 실험은 100% 채광의 그늘이 없는 조건에서 엽록소 함량 조사를 1월부터 12월까지 연중 실시하였지만, 본 실험의 경우 그늘이 있는 돔 경기장 안에 히팅시스템을 설치해서 연구목적상 조사기간이 1월부터 3월 하순까지 동절기와 이른 봄 위주로 짧게 진행되었기 때문에 나타난 결과로 판단되었다. 본 실험에서도 한지형 계통의 잔디생장이 가장 왕성하게 나타나는 5-6월과 가을철 9-10월을 포함해서 엽록소 데이터를 측정하면 계절별 엽록소 함량 차이가 더 크게 나타날 것으로 판단되었다. 이러한 엽록소 함량 차이는 다른 실험을 통해서도 확인되고 있다. Koo et al. (2015)의 실험에서도 국내 기후조건의 켄터키 블루그래스에서 이른 봄 잔디 생장 시 엽록소 함량은 잔디그라운드 시비 프로그램에 사용한 비료 종류에 따라 41.2-451.7 사이로 차이가 크게 나타나고 있다.
또한 본 연구에서 극혹한기에 평균 엽록소 함량이 186.40-191.75 사이로 나타났고, 이 시기를 지나면서 증가하다 3월 하순에 평균 엽록소 함량이 270.50 까지 크게 증가하게 된 것은 한지형 계통 잔디인 켄터기 블루그래스의 초종 특성과 연관이 있다. 켄터키 블루그래스의 경우 최적 생장은 15-24℃ 온도 범위에서 진행되기 때문에 북반구에서 3월 21일 춘분점을 지나면서 계절적 장일 조건으로 채광량과 일조 시간이 점점 더 길어짐에 따라 한지형 잔디생육에 적합한 온도 조건에 근접하게 된다. 즉 켄터키 블루그래스 잔디 생장이 더 왕성해지면서 광합성 등 물질대사 작용이 더 활발해지고, 이에 따라 엽록소 생산량도 더 증가하는 것으로 판단되었다. 3월 27일 엽록소 함량 측정 시 일 평균 최고 기온은 17℃ 전후로 나타났다(Korea Meteorological Administration, 2019). 반면 동절기 1-2월은 연중 일장이 가장 짧은 시점인 12월 21일 동지를 지나면서 대기 온도가 연중 가장 낮은 시기이므로 일시적인 휴면으로 잔디 줄기 생장이 거의 진행되지 않았기 때문이다(Ku and Lee, 2002; Turfgrass Society of Korea, 2020). 하지만 히팅 시스템 처리 지역은 지중에 설치한 엑셀 배관으로 온수가 순환 공급되고, 식재층 지반의 온도가 상승함으로 휴면없이 잔디생장이 진행되면서 엽록소 생성이 가능하다. 본 실험에서 대조구인 NHST 지역에서 12월 27일 잔디그라운드의 지표면 온도는 영하 15℃ 까지 내려갔지만, 순환식 온수 공급으로 가온이 되고 있는 HST 지역에서 지하 10 cm 지점의 평균 온도는 5.25℃ 나타나서 휴면 없이 잔디생장이 유지되고 있었다(Table 5).
종합적으로 순환식 온수 공급에 의한 히팅시스템 설치 효과는 동절기와 이른 봄 녹화가 시작되기 전, 1월-3월 중순 사이 크게 나타났다. 특히 히팅 시스템 가동 후 2개월이 지난 시점에 유의적인 효과가 나타나기 시작하면서, 1월 10일 NHST 지역에 비해 온수 순환으로 가온 효과가 있는 HST 지역에서 잔디 엽수는 12.5%, 엽록소 함량은 9.9%, 그리고 잔디 품질은 14.2% 더 크게 증가하였다.
이러한 결과가 나타난 것은 히팅 시스템 설치로 순환식으로 온수가 공급된 HST 지역은 NHST 지역에 비해 6-10℃ 정도 온도 상승 효과(Park, 2019)로 인해 미설치 지역에 비해 광합성 등 물질대사 작용이 촉진되고, 그 결과 탄수화물 생산이 증가하면서 체내 엽록소 형성, 엽수 발생, 잔디밀도 증가, 녹색 유지 등 잔디 품질 향상과 서리 및 제설 효과가 있는 것으로 판단되었다(Fig. 2). 앞서 기술한 것처럼 고등식물에서 엽록소 생산은 광, 온도 등의 다양한 환경 요인의 영향을 받는데, 특히 저온 환경 보다는 고온 조건에서 엽록소 생성이 촉진된다(Youngner, 1959). 국내 중부지방에서도 난지형 한국잔디(Zoysia japonica Steud.)가 휴면에 들어가는 10월부터 다음해 3월까지 히팅시스템 가온을 통해 혹한기에도 한지형 켄터키 블루그래스의 엽록소 증가와 잔디생육 촉진 효과가 보고되고 있다(Ku and Lee, 2002).
Table 5
Differences in soil temperature, subsurface temperature, and soil humidity as affected by the undersoil hydroponic tubing system in Kentucky bluegrass soccer field at the study site in Seoul Worldcup Stadium.
즉 히팅시스템을 통해 가온 시 켄터키 블루그래스의 경우 동절기 1-2월에도 잔디 휴면이 방지되면서 잔디 엽수 유지로 인해 푸른 잔디밭 유지가 가능한 것을 알 수 있었다. 하지만 동절기의 특성상 기상환경은 생육적온에 비해 상대적으로 낮아서 봄과 가을에 나타나는 왕성한 수준의 잔디생장을 기대할 수 없기 때문에 생육 전성기의 잔디품질과 비교 시 중-하 정도 수준의 잔디밭으로 판단되었다. 왜냐하면 본 연구에서 HST 처리구의 1-2월 평균 잔디 엽수는 3.62엽, 잔디품질 평가 점수는 4점에서 6점 사이로 나타났다. 일반적으로 켄터키 블루그래스 잔디생장이 왕성한 시기에 엽수는 보통 평균 4-5엽 사이로 발생하며, 잔디밭 품질 평가 점수는 7.5-9.0점 사이로 나타나는 것으로 보고되고 있다(Park, 2011). 또한 동절기 줄기생장의 경우 채광이 부족한 돔 경기장의 광환경 특성상 수직 방향의 생장으로 도장하는 경향이 강하게 나타나기 때문에 잔디 품질 저하 등의 문제가 있어 향후 추가 실험을 통해 이에 대한 개선 대책도 필요하다.
국내 동절기의 기상 환경은 대륙성 기후대 영향으로 최저 온도가 영하 10℃ 이하까지 내려가는 경우가 많고, 중부지방에서 1-2월 혹한기에는 한지형 잔디라도 엽록소 생산 등의 물질대사가 원활하지 않아 생육이 정지되면서 지상부 엽조직이 갈변한다(Ku and Lee, 2002). 최근 AFC (Asian Football Conferation) 경기 및 A-매치의 2월 개최 요구와 K-리그 개막 시기가 기존 3월 초순에서 2월 중하순으로 조기 개최되는 시대적인 변화를 고려할 때 동절기 2월에도 잔디그라운드 녹색 유지가 필요하다. 하지만 국내 대부분의 경기장은 1-2월에 잔디생육 부진과 함께 잔디그라운드의 표면 결빙으로 불규칙한 볼 구름, 경기력 저하, 선수들의 부상 우려가 있어 잔디 그라운드 사용을 제한할 수밖에 없다(Ku and Lee, 2002). 따라서 중부권에서 동절기에 잔디녹화 유지 및 결빙 방지 목적으로 히팅시스템을 제한적으로 사용하는 것을 검토할 수 있다. 특히 돔형 구조의 서울 월드컵 주경기장은 계절적으로 동절기 1-2월에 결빙이 심하게 발생하는 남쪽 구역은 이른 봄 2-3월 잔디그라운드 사용 제한 및 선수들의 경기력에 크게 문제가 될 수 있기 때문에 히팅 시스템 설치를 통한 인공 가온 등의 관리 개선 노력이 향후 추가 검증 실험을 통해 지속적으로 필요하다.
본 실험에서 2월 하순 히팅 시스템 가동 정지 후 3월 초순부터 중순 사이 HST 처리구의 잔디엽수 발생이 최저 15.9%최고 27.3% 사이 급속하게 감소하는 것을 고려할 때 히팅 가동 시기는 잔디생육 상태와 당년도 기상 환경을 참조해서 2월 하순보다 좀 더 연장 가동하는 것도 필요하다고 판단되었다. 즉, 돔 구조형의 경기장에서 잔디그라운드의 동결 해빙과 함께 이른 봄 3월 하순 및 4월 초순경 그린업(spring green-up)까지 지속적인 녹색 유지를 위해서는 히팅시스템 가온 시기는 3월 초순 또는 중순에도 가동하는 것을 추후 검증이 필요하다고 판단되었다.
Ku and Lee (2002)의 연구에서 식재층 토양을 가온 시 켄터키 블루그래스는 안토시아닌 함량, 퍼레니얼 라이그래스는 엽록소 함량, 톨 페스큐는 예초량이 가장 많이 증가한다고 보고하였다. 즉 히팅 시스템 설치 후 가온 시 초종에 따라 물질대사 작용의 효과 차이가 다르기 때문에 초종별 히팅 시스템 효과 검정도 추가적으로 필요함을 알 수 있다. 즉, 향후 잔디전문가 및 대한축구협회와 협업을 통한 장기적인 연구를 통해 히팅 시스템 설치 후 잔디성능 및 경기력 차이를 초종간 비교할 필요가 있다. 또한, 기술적인 측면에서 히팅 시스템의 가동시간, 운영기간을 포함해서 히팅 시스템 재료, 가온 범위, 시공방법, 미기상 변화 추적 등 잔디그라운드용 히팅 시스템 표준화 작업을 다방면에 걸쳐 추진할 필요가 있다. 하지만, 국내 축구 시즌 및 경기장 운영측면에서 천연 잔디그라운드 유지 비용과 효율성 측면의 장단점을 다층적으로 분석해서 축구협회 산하 경기장 활용 시 해당 구장의 잔디관리기술 능력과 함께 사회적·국가적인 잔디그라운드 기대 품질 수준과 연계해서 종합적인 전략과 함께 선택과 집중을 할 필요가 있다.
초 록
K-리그 및 A-매치 등의 2월 개최 요구 증가로 인해 동절기 천연잔디그라운드의 녹화 및 결빙 방지의 중요성이 점점 더 증가하고 있다. 본 연구는 순환식 히팅 시스템이 동절기 잔디생육 및 그라운드 품질에 미치는 영향을 파악해서 그라운드 유지 관리에 응용하고자 실시하였다. 실험은 켄터키 블루그래스로 조성한 경기장에서 히팅시스템 설치 유무에 따라 HST (Heating system treatment) 및 NHST (Non-heating system) 조건으로 실시하였다. 본 연구결과 히팅시스템 처리 여부에 따라 동절기에 엽출현, 엽록소 수준 및 잔디 그라운드 품질은 통계적으로 유의한 차이가 나타났다. 특히 히팅 시스템 가동 후 2개월이 지난 시점부터 유의적인 효과가 나타나기 시작해서 1월 10일 NHST 지역에 비해 HST 처리 지역에서 엽출현은 12.5%, 엽록소 함량은 9.9%, 잔디그라운드 품질은 14.2% 더 높게 나타났다. 전체적으로 히팅 시스템 설치 유무에 따라 돔 경기장의 지상부 잔디생장과 잔디밭 품질은 HST 지역에서 더 높은 경향으로 나타났는데, 이러한 차이는 특히 동절기 및 이른 봄 3월 중순까지 크게 나타났다. 즉 히팅시스템을 통해 가온 시 켄터키 블루그래스의 경우 동절기 1-2월에도 휴면이 방지되면서 잔디 엽수 유지로 인해 푸른 잔디밭 유지가 가능하였다. 하지만 동절기의 특성상 기상환경은 생육적온에 비해 상대적으로 낮아서 왕성한 수준의 잔디생장을 기대할 수 없기 때문에 생육 전성기의 잔디품질과 비교 시 중-하 정도 수준의 잔디밭으로 판단되었다. 장기적으로 향후 추가 연구를 통해 히팅 시스템 설치 후 초종간 성능 검정을 포함해서 기술적으로 히팅 시스템 재료, 시공방법, 작동시간, 가동기간, 가온 범위, 미기상 변화 추적 등 잔디그라운드용 히팅 시스템 표준화 작업을 추진할 필요가 있다. 하지만, 국내 축구 시즌 및 경기장 운영측면에서 잔디그라운드 유지 비용, 품질 및 효율성 측면의 장단점을 종합적으로 분석해서 전략적으로 선택과 집중을 하는 것이 중요하다.
