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학교운동장은 근린공원과 더불어 학생들과 주민들의 다양한 활동이 이뤄지는 곳으로 정서적, 신체적, 사회적 건강을 증진시키고, 상호관계를 이뤄가는 중요한 장소라고 할 수 있다(Lee, 2013). 일반적으로 학교 운동장은 잔디가 식재되지 않은 운동장, 인조잔디 운동장 및 천연잔디 운동장 등으로 나뉘게 되며(Lee et al., 2015), 이중에서도 천연잔디 운동장은 경기자의 경기력을 향상시키고(Lee et al., 2006) 지표와 지상부의 온도 저감에도 효과가 있다(Lee et al., 2015).
학교운동장은 학생들이 30% 이상을 활동하는 곳으로 학생들의 학업에 긍정적인 영향을 주어야 하고, 학생들에게 안전한 환경을 제공하여야 한다(Kim et al., 1999). 학교운동장 중에서 천연잔디 운동장은 자연의 녹색을 나타내어 학생들에게 자연 교감의 기회를 제공하고(Gang and Sim, 2010), 사회성 함양과 정서적 안정(Seol, 2015) 및 학업성취도 향상에 효과가 있다(Matsuoka, 2010). 인조잔디 운동장에서 유해한 물질이 검출되는 점을 고려해 천연잔디 운동장의 안전성을 조사한 결과, 중금속, 벤조피렌 및 유해미생물에 대해 안전한 것으로 나타났다(Park and Cho, 2007). 천연잔디 운동장의 효과들에 대한 보고가 제시되면서 천연잔디로 운동장을 조성하는 사례가 증가하였다(Seo, 2008).
천연잔디 운동장에 조성된 잔디는 주로 녹색 기간은 상대적으로 짧으나 관수나 시비 및 관리요구도가 적은 한국잔디가 많았다(Han et al., 2015). 천연잔디가 조성된 후 일정한 품질을 유지하기 위해서는 시비 관리, 수분 관리, 병해충 관리 및 토양 관리 등이 필요하였다(Chang, 2019; Han et al., 2015). 이중에서도 토양은 천연잔디가 살아가는 공간으로 잔디의 품질을 유지하고, 생육을 유지하게 하는 기본이 된다(Chang et al., 2020). Lee et al. (2006)은 운동장에서 한지형잔디로 조성된 운동장의 경우 한국잔디로 조성된 운동장보다 조성 기간에 관계없이 일정한 경기력을 나타내며 토양의 경도가 잔디의 품질과 경기력 유지에 매우 중요한 요인이라고 보고하였다. Chang et al. (2020)은 천연잔디 운동장의 토양 특성에 대한 보고에서 운동장에 사용하는 토양이 사질양토(sandy loam, SL)이거나 양질사토(loamy sand, LS)라고 하였고, Lee et al. (2006)은 잔디가 식재되지 않은 운동장의 경우 양질사토인 경우가 많다고 보고하였다. 그러나 이러한 토양의 경우 학생들이 놀이 및 활동공간을 제공하는 운동장에서 지속적인 답압이 이뤄지는 경우 토양물리성의 악화로 잔디 생육에 적절한 토양 조건을 나타내기 어렵다(Seo et al., 2015). 잔디는 한번 식재되어 잔디밭을 조성하면 토양 환경을 변경하기 어려우므로 처음 조성 시 잔디 생육에 적절한 토양 조건이 되도록 지반을 구성해야 한다.
미국골프협회(United States Golf Association, USGA)에서는 골프장과 운동장에서 잔디밭 조성 시 필요한 토양환경조건을 제시하고 있으며, 일반적으로 잔디 지반용 토양으로 모래를 사용할 것을 권장하고 있다. 그러나 모래는 보수력과 보비력이 약하여 잦은 관수에 의한 양분의 용탈이 쉽게 일어나므로 이를 보완하기 위해 다양한 토양개량제를 사용하고 있다(Kim et al., 2010). 실제로 USGA 규격에 적합한 토양에서 자란 잔디의 품질과 피복율 및 생육이 우수한 것으로 알려져 있다(Kim and Nam, 2005). 그러나 학교 운동장 토양의 주요 토성인 사질양토와 양질사토 등의 토양의 물리적 특성을 나타내기는 하나 공극이나 수리전도도에 대한 조사는 부족하여 USGA 규격과 비교하기 어렵고(Chang et al., 2020), 조성 기간이 증가함에 따라 토양물리성이 악화되어 잔디의 생육과 품질이 감소하게 된다(Huh and Ko, 2008). 따라서 본 연구는 학교운동장에서 주로 조성 토양으로 사용하는 양질사토와 사질양토의 물리화학적 특성을 조사하고, 이들을 모래와 혼합한 토양의 물리화학적 특성 변화를 조사하여 학교운동장 지반 조성용 시 조성 토양에 대한 기초 자료로 활용하고자 실험을 수행하였다.
재료 및 방법
공시재료
본 연구에 사용된 재료는 잔디운동장의 지반 조성에 사용하는 모래와 강원도 조양면의 공사현장에서 채취한 두 종류의 토양을 이용하였다. 시험에 사용된 모래(sand, S)의 토양산도(pH)와 전기전도도(electrical conductivity, EC)는 각각 6.8과 0.09 dS m-1이고 USGA 입경규격에 적합한 모래를 사용하였다(Table 1). 강원도에서 골프장 공사현장에서 채취한 토양의 토성을 분석한 결과 토양 1은 사질양토(sandy loam, SL), 토양 2는 양질사토(loamy sand soil, LS)였으며, 토양 1과 2의 이화학적 특성은 Table 2와 같다.
모래 상토 조성 및 특성 조사
시험용 모래 상토를 조성하기 위해 각 원료들을 105℃에서 6시간 동안 건조 후 사용하였다. 시험에 사용한 모래 혼합토의 처리구는 모래와 토양을 부피 비율에 따라 모래를 100% 처리한 S처리구, 모래와 토양을 각각 67%와 33%씩 혼합한 2:1처리구(사질양토[SSL1], S:SL=2:1; 양질사토[SLS1], S:LS=2:1), 모래와 토양을 각각 50% 씩 혼합한 1:1처리구(사질양토[SSL2], S:SL=1:1; 양질사토[SLS2], S:LS=1:1) 및 토양 100% 처리한 토양 처리구(사질양토[SL], 양질사토[LS])로 구분하였다. 각 처리구별 모래 혼합토는 토양화학성과 토양물리성을 구분하여 측정하였다.
모래 혼합토의 화학성은 pH와 EC를 1:5법으로 pH meter (Orion 720A Plus, Thermo Fisher Scientific, Massachusetts, USA)와 EC meter (Orion 3 star, Thermo Fisher Scientific, Massachusetts, USA)로 측정하였다. 토양화학성 분석은 토양 및 식물체 분석법에 준하여 분석하였다(NIAST, 1998).
모래 혼합토의 물리성을 분석하기 앞서 USGA 측정 방식에 의거하여 원통형 코어(지름 75 mm, 높이 100 mm)에 시료를 넣고 다짐장치를 사용하여 현장 상태와 유사한 답압 상태의 물리성을 갖도록 조제하였다(Joo, 1993). 코어에 조제된 모래 혼합토를 이용하여 용적밀도, 공극율, 모세관 공극, 비모세관 공극 및 수리전도도(정수위법)를 상토의 표준분석법(NIAST, 2000)에 준하여 분석하였다.
통계분석
통계처리는 SPSS (ver. 12.1, IBM, New York, USA)를 이용하여 Duncan 다중검정을 통해 처리구간 평균값의 유의차를, 단순상관을 통해 처리별 상관성을 검정하였다.
결과
사질양토가 혼합된 모래 혼합토의 이화학적 특성
사질양토(SL)와 모래(S)를 혼합하여 조성한 모래 혼합토(SSL1: S+SL; SSL2: 2S+SL)의 이화학적 특성은 Table 3과 같다. 모래 혼합토의 처리구별 토양화학성 조사에서 S, SSL1, SSL2 및 SL의 pH는 각각 6.8, 6.4, 6.1, 5.7을 나타내어 양질사토의 함량이 증가할수록 pH가 감소하였다(P<0.001). 전기전도도(EC)는 토양의 혼합비율에 따른 변화는 나타나지 않았다. 이는 시험에 사용한 사질양토와 모래의 전기전도도가 0.09-0.10 dS m-1 정도를 나타내어 차이가 없었기 때문으로 판단된다.
사질양토가 혼합된 모래 혼합토의 물리적 특성 조사에서 모세관 공극, 비모세관 공극 및 총공극은 각각 19.1-24.6, 17.8-24.7, 42.4-48.8%로 조사되었고, 수리전도도는 37.0-337 mm h-1로 조사되었다. 모래 혼합토의 잔디 재배에 대한 적합성을 평가하기 위해 USGA 규격과 비교할 때, 모세관 공극, 비모세관 공극 및 총공극은 모든 처리구에서 USGA 규격에 적합하였고, 수리전도도는 S와 SSL2 처리구는 USGA 규격에 적합하나 SSL1과 SL 처리구는 USGA 규격보다 낮아 적합하지 않았다. 사질양토의 혼합비율이 증가할수록 모세관 공극과 수리전도도는 감소하였고(P<0.001), 비모세관 공극과 총공극은 증가하였다(P<0.001). 모래 혼합토의 물리적 특성의 각 항목별 상관성을 조사하여 항목간 유의차를 조사하였다(Table 4). 토양물리성 지표 중 총공극은 비모세관 공극과 정의 상관성을, 모세관 공극과 수리전도도와는 부의 상관성을 나타냈다(P<0.001).
양질사토가 혼합된 모래 혼합토의 이화학적 특성
양질사토(LS)와 모래(S)를 혼합하여 조성한 모래 혼합토(SLS1: S+LS; SLS2: 2S+LS)의 이화학적 특성은 Table 5와 같다. 모래 혼합토들의 토양이화학성은 양질사토와 모래의 혼합비율에 따라 다르게 나타났다.
모래 혼합토 처리구별 pH는 S, SLS1, SLS2 및 LS 처리구에서 각각 6.8, 6.4, 6.3, 6.1을 나타냈고, EC는 0.09 dS m-1로 조사되었다. 모래 혼합토 중 양질사토의 혼합비율에 따른 모래 혼합토의 화학성 변화 조사 시 pH는 부의 상관성(P<0.001)을 나타내어 양질사토의 혼합에 따른 토양 산도의 변화가 있었으나 전기전도도는 상관성을 나타내지 않아 양질사토의 혼합비율에 따른 변화를 확인할 수 없었다. 전기전도도에서 혼합비에 따라 차이를 나타내지 않은 것은 Table 1과 Table 2에서 모래와 양질사토의 전기전도도가 유사하였기 때문으로 판단된다. 이는 사질양토의 결과에서도 유사한 결과를 보였다(Table 3).
모래 혼합토의 물리적 특성 변화 조사에서 모세관 공극, 비모세관 공극 및 총공극은 각각 17.6-24.6, 17.8-29.3, 42.4-46.3%를 나타냈고, 수리전도도는 93.7-337.2 mm h-1을 나타냈다(Table 5). 양질사토와 모래가 혼합된 모래 혼합토의 잔디 재배에 대한 적합성을 평가하기 위해 USGA 규격과 비교한 결과 S, SLS1 및 SLS2 처리구는 모든 항목에서 USGA 규격에 적합하였으나 LS 처리구는 비모세관 공극과 수리전도에서 USGA 규격에 적합하지 않았다. 모래 혼합토에서 LS의 혼합비가 증가할수록 비모세관 공극과 총공극은 증가하는 정의 상관성을(P<0.001), 모세관 공극과 수리전도도는 감소하는 부의 상관성을 나타냈다(P<0.001). 이러한 결과는 Table 3의 사질양토의 결과와 유사하였고, 골프장에서 사용하는 토양개량제 중 사질양토나 양질사토와 물리적 특성이 유사한 이탄(peat)의 결과와 유사한 결과를 나타냈다(Kim et al., 2010). 모래 혼합토의 물리적 특성의 각 항목별 상관성을 조사하여 항목간 유의차를 조사하였다(Table 6). 토양물리성 지표 중 총공극은 비모세관 공극과 정의 상관성을, 모세관 공극과 수리전도도와는 부의 상관성을 나타냈다(P<0.001).
고찰
스포츠 시설의 잔디밭 토양은 답압에 따른 피해를 줄이고자 모래를 사용하지만 모래는 보수력과 보비력이 부족하기 때문에 잔디 생육에 적합한 모래 혼합토의 특성을 나타내기 위해서는 토양개량제를 이용하여 토양의 물리화학적 특성의 개량이 필요하다(Kim et al., 2009; Kim et al., 2010). 토양개량제는 원료의 특성에 따라 무기성 토양개량제와 유기성 토양개량제로 구분되며 토양개량제의 종류에 따라 물리화학적 특성에 영향을 미친다(Kim et al., 2010). Kim et al. (2010)은 humate와 같이 양이온 치환용량이 높은 토양개량제를 모래와 혼합하였을 때 토양의 양이온 치환용량 증가에 기여도가 높아 모래 혼합토의 보비력 향상에 도움이 되고, 수분흡수력이 높은 토양개량제인 피트모스를 혼합하는 경우 모래 혼합토의 모세관 공극을 개선하여 보수력이 증대된다고 보고하였다. 특히 토양개량제의 혼합에 따라 모래 혼합토의 공극 개선 효과가 뚜렷하여 잔디를 식재 하였을 때 잔디의 생육과 품질을 개선하였다(Kim et al., 2017).
토양개량제를 활용한 모래 혼합토의 토양개량 효과 외에도 부산물비료를 활용한 토양개량 효과에 대한 연구도 진행되었다. Kim et al. (2011)은 부산물비료인 동에등애 분변토나 가축분퇴비를 활용한 모래 혼합토의 토양개량 효과에 대한 조사에서 토양의 모세관 공극, 비모세관 공극 및 총공극은 USGA 규격에 적합하고, 공극 개선 효과를 나타낸다고 보고하였다. 그리고 부산물비료를 혼합하여 USGA 규격에 적합한 모래토양을 조성하고 잔디를 재배하였을 때 토양의 보비력과 양분유효도가 증가하여 잔디의 생육과 품질이 향상되는 것으로 알려져 있다(Lee et al., 2013).
본 연구는 토양개량제가 아닌 사질양토나 양질사토와 같은 학교 운동장 내 토양을 모래와 혼합함으로써 토양개량 효과를 조사한 결과 토양개량제(Kim et al., 2010)나 부산물비료(Kim et al., 2011)의 혼합한 모래 혼합토와 같이 토양의 이화학적 특성에 영향을 주었고, 토양의 공극 개선 효과를 나타냈다(Table 3 and Table 5). 토양개량제를 모래와 혼합하는 경우 용적밀도를 감소시켜 총공극량을 증대시키며(Kim et al., 2017), 토양에서 공극은 토양개량제의 특성에 따라 모세관 공극이나 비모세관 공극의 특성 변화에 영향을 미치게 된다(Kim et al., 2010). 본 연구에서도 모래에 비해 용적밀도가 낮았던 사질양토나 양질사토를 모래와 혼합하였을 때 모래 혼합토의 용적밀도가 감소하여 공극이 증가하였고, 이는 비모세관 공극 증가에 영향을 주었다(Table 3 and Table 5). 이러한 결과를 부산물비료 중 동에등애 분변토나 토양개량제 중 이탄을 모래에 혼합한 결과와 유사한 결과를 보였다(Kim et al., 2010; Kim et al., 2011). 또한 사질양토나 양질사토를 혼합한 모래 혼합토에서의 수리전도도는 모래 함량이 증가할수록 증가하고, 사질양토나 양질사토 함량이 증가할수록 감소하는 경향을 나타냈고, 이는 Kim et al. (2010)의 보고와 같이 토양개량제의 처리에 의한 토양개량 효과와 유사한 결과를 나타내어 사질양토나 양질사토가 모래와 혼합되었을 때 모래토양의 개량 효과를 나타내는 것을 확인하였다. 본 연구에서 사질양토나 양질사토를 혼합한 모래 혼합토는 토양 공극 개선 효과를 나타냈다. 모래 혼합토의 물리화학적 특성이 USGA 규격에 적합하고, 모래의 토양공극을 개선시킬 때 잔디의 생육과 품질이 개선된다는 Kim et al. (2017)과 Lee et al. (2013)의 결과로 유추할 때 사질양토와 양질사토가 혼합 시 모래 혼합토의 공극을 개선하여 학교 운동장에 잔디가 조성될 경우 잔디의 품질과 생육이 향상될 것으로 추정된다. 이상의 결과들을 통해 사질양토와 양질사토는 모래와 혼합하였을 경우 토양의 물리화학성을 개선하여 토양개량제로서의 이용 가능성을 나타냈다. 그러나 양질사토나 사질양토가 모래에서 토양개량 효과를 나타낸다 하더라도 학교 운동장 조성 시 잔디 재배 토양으로 활용하기 위해서는 두 토양의 세밀한 범위의 혼합 비율별 물리화학적 특성의 조사가 필요하고, 적정 비율에서의 잔디 생육 및 비료 처리 시 토양 중 양분 이동과 같은 다양한 연구가 필요한 것으로 판단된다. 특히, 학교 운동장 조성 시 USGA 규격에 적합한 모래로 조성된 그린에서도 경과 년 수가 증가함에 따라 토양 중 유기물이 증가하고, 답압에 의한 토양 경도가 증가하여 토양의 물리화학성이 악화되므로(Huh and Ko, 2008) 잔디의 품질을 유지하기 위해서는 토양의 공극을 유지시키기 위한 토양 갱신 및 배토와 같은 지속적인 토양 관리가 필요한 것으로 보인다(Han et al., 2015).
본 연구는 학교운동장에서 주로 조성 토양으로 사용하는 사질양토(SL)와 양질사토(LS)를 모래와 혼합한 토양에서 토양의 물리화학적 특성을 조사하였다. 처리구는 모래 100% 처리구(S), 모래와 토양 1:2 처리구(S:SL=1:2, SSL1; S:LS=1:2, SLS1), 모래와 토양 1:1 처리구(S:SL=1:1, SSL2; S:LS=1:1, SLS2) 및 토양 100% 처리구(SL, LS)로 구분하였다. 토양화학성 조사에서 사질양토와 양질사토의 혼합비율에 따라 모래 혼합토의 pH 변화에 영향을 주었다. 모래 혼합토의 물리적 특성 조사 결과 S, SSL1, SSL2, SLS1 및 SLS2는 USGA 규격에 적합하였다. 모래 혼합토에서 토양물리성은 사질양토와 양질사토를 혼합하였을 때 비모세관 공극과 총공극은 정의 상관관계를 나타냈고(P<0.001), 모세관 공극과 수리전도도는 부의 상관관계를 나타냈다(P<0.001). 상기 결과를 종합할 때, 사질양토와 양질사토는 모래와 혼합하는 경우 토양의 공극을 개선하는 것을 알 수 있었다. 또한, 이러한 결과들을 통해 학교운동장의 조성 시 장기간 답압을 통해 토양물리성 악화를 개선할 목적으로 사용하고자 할 때 두 토양은 모래 혼합토의 토양개량제로서 활용할 수 있을 것으로 기대되었다.
주요어: 공극율, 모래 혼합토, 사질양토, 수리전도도, 양질사토
