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문제 정의
- 따라서 본 연구는 도로의 건설 등으로 발생되는 비탈훼손지에 대해 자연환경의 파괴와 악화를 방지하고, 경관미를 복원하며, 식생의 다양화와 다양한 생물서식공간을 제공할 수 있는 방안을 모색하기 위해 수행되었으며, 다소 급한 비탈면에 바크퇴비와 버섯배지를 활용한 유기질 계 위주의 경량 식생기반재를 뿜어 붙이고 다양한 식물이 발아하고 생육하는 것이 가능한가를 파악하고자 수행되었다. 특히, 본 연구에서는 최근 건설교통부에서 제시한 “비탈면 녹화설계 및 시공 잠정 지침(안)”에 의거한 식물 의사용과 파종량이 PEC공법에 의한 식생 기반토양에서 효과적인가를 규명하고, 제한된 실험조건에서 식생기반토양의 강우에 의한 유실과 토양수분의 동태를 분석함으로써 급경사면에 PEC공법에 의한 식생기반토양을 사용할 수 있는가를 분석하고자 하였다.
- 실정이다. 이에 바크퇴비와 버섯배지 등을 혼합한 식생기반을 급경사 암반 비탈에 뿜어 붙이고 다양한 초목본 식물을 성립시키는 생태복원녹화 공법(PEC공법)을 개발하기 위한 일련의 실험을 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 파악하고자 수행되었다. 특히, 본 연구에서는 최근 건설교통부에서 제시한 “비탈면 녹화설계 및 시공 잠정 지침(안)”에 의거한 식물 의사용과 파종량이 PEC공법에 의한 식생 기반토양에서 효과적인가를 규명하고, 제한된 실험조건에서 식생기반토양의 강우에 의한 유실과 토양수분의 동태를 분석함으로써 급경사면에 PEC공법에 의한 식생기반토양을 사용할 수 있는가를 분석하고자 하였다.
제안 방법
- 2004년 5월부터 12주에 걸쳐 실험을 시호상화 였고 출현종과 피복율을 비교하였다. 사진 3은 시공 후 2주, 시공후 12주 후에 촬영한 실험 구 전경 사진이다.
- 급경사의 암 비탈면에 PEC 공법을 적용하여종 다양성이 풍부한 식생을 조성 하고 식물이 원활하게 생육하는 가를 검 증하고자 실험시공대상지에 대하여 식생기반토양에 대한 식물생육 환경분석(토양경도/ 토양균열도/ 강우시 수분 흡수력/ 수분함유량/ 기반재 부착력)을 하였고, 식물의 발아와 생육경향을 분석하였다.
- 기반재 유형에 따른 초기 토양 경도 변화를 알아보기 위해 시공 직후 1시간 단위로 5회 측정 하였고, 측정시간은 오후 3시에 하였다. 한편 초기 경도 와 일별 경도 측정은 강우에 따른 오차를 줄이기 위해 강우 시 비닐 피복을 통해 비 가림 해주었다.
- 산중식토양경도계 (YAMANAKA, Japan)를 이용하여 각 유형에 따라 3회 측정 하였다.
- 수분함유량 측정기 (FIELD SCOUT: TDR 300,USA)를 이용하여 유형에 따라 반복별 3회 측정하였다. 시공 후 3일 간격으로 측정 하였으며 강우에 의한 오차를 줄이기 위해 비 닐 멀칭하여 외부로부터의 수분 흡수를 억제하였다.
- 시공 후 각 실험구별로 녹화식물의 개체수, 초장, 초폭(수관폭), 피복율 등을 주기적으로 조사 하였다.
- 식생기반재의 경우 PEC-유형1(버섯배지 함유량 20%), PEC-유형2(버섯배지 함유량 40%), 종비토 뿜어붙이기 공법 자재 1, 2를 이용하여 실험시공 하였으며, 종자 배합 유형(교목, 관목, 초본)에 따라 3반복 처리구를 조성하였다.
- 식생기반으로써 항구적인 역할을 해주기 위해서는 일차적으로 기반재의 이탈 또는 붕락이 없어야 하며, 유기물 함량 등이 장기적으로 유지되어야 한다. 이에 토양안정제(Terra-Control)의 양생정도에 따른 기반재의 탈락율을 측정하기 위해 시공 1일, 3일, 5일후 인공 강우 실험을 실시하였다. 인공강우의 살포가 가능하도록 관수시설을 실험구 전방에 설치하였으며, 실험구 하단에 1.
- 이에 토양안정제(Terra-Control)의 양생정도에 따른 기반재의 탈락율을 측정하기 위해 시공 1일, 3일, 5일후 인공 강우 실험을 실시하였다. 인공강우의 살포가 가능하도록 관수시설을 실험구 전방에 설치하였으며, 실험구 하단에 1.2m X 1.0m x 0.1m 규격의 틀을 설치하여 탈락된 기반재의 수거가 가능토록 하였다.
- 종자의 배합은 초본형, 관목형, 교목형 배합으로 나누었으며 배합의 유형은 건교부 비탈면 환경녹화 설계 및 시공지침 상의 환경 지역별 녹화공법 종자배합 기준을 기본으로 자체 할증을 적용하였다. 표 1에 나타난 파종량은 발생기대본수와 적용두께 및 실험조건 등을 고려하여 할증한 결과이다.
대상 데이터
- 또한 일반적으로 PEC공밥이 시공되어지는 조건과 일치시키기 위해 실험구내에 PVC 능형망을 피복한 후 PEC공법 취부 장비를 통해 식생기반재를 10cm 뿜어 붙였다. 식생 기반 재는 PEC공법에 의한 식생기반재와 일반적인 종비토 뿜어붙이기 공법에 많이 사용되어지는 대전 A사, 조치원 B사 식생기반재를 사용하여 시공하였으며, 상호 비교분석하는데 사용하였다
- 실험 장소는 용인 삼성 에버 랜드 내 실험 포지에서 실시하였으며, 실험구는 1.0mxl.0mx0.15m 규격의 정 사각형 모양의 파종 틀을 목재로 제작하여 60° 의 급경사로 제작된 인공비탈 면 위에 설치하였다. 또한 일반적으로 PEC공밥이 시공되어지는 조건과 일치시키기 위해 실험구내에 PVC 능형망을 피복한 후 PEC공법 취부 장비를 통해 식생기반재를 10cm 뿜어 붙였다.
- 실험구는 암비탈면 녹화시 많은 일조량으로 인해 건조피해가 발생하기 쉬운정남향에 완전 임의 배치법을 이용해 배치호었다
- 실험에 사용 되어진 식물은 교목류 3종(소나무, 붉나무, 자귀나무), 괸목류 3종(낭이초 참싸리, 비수리), 초본류 10종(벌노랑이, 산국, 구절초 춘자국, 억새, 새, 쑥, 금계국, 끈끈이대나물) 및 한지형 잔디류 3종(Tall fescue, Perennial ryegrass, Kentucky bluegrass)으로 총 19종이 사용되었다. 선정된 초종들은 PEC 공법에서 가장 빈번하게 사용되어지는 종들로써 발아율이 우수하며, 척박한 환경에 대한 적응력이 강한 특성이 있다.
- 실험에 사용된 종자는 2003년도에 채종된 종자로서 발아상 내에서 25℃ 항온으로 3 반복으로 발아율 검증 하였다.
이론/모형
- 표 1에 나타난 파종량은 발생기대본수와 적용두께 및 실험조건 등을 고려하여 할증한 결과이다. 아울러, 파종량은 平野(1991) 의 파종랑 산정식에 의하여 산출하였다.
성능/효과
- 1. 피복율에 있어서는 PEC-유형1(버섯배지 20%) 보다 PEC-유형2(버섯배지 40%)에서 피복 효과가 우수하게 나타난다. 목본류중 관목류 위주의 배합은 파종 8주후에 60% 이상을 나타냈고, 교목류 위주의 배합은 12주후에 60% 이상의 피복효과가 나타냄으로써 시간이 경과할수록 좋아지는 것을 볼 수 있다.
- 2. PEC공법의 경우 시공 후 2주가 경과 되어도 토양 경도가 20.0mm 이하의 수치를 보여 종자 발아 및 식물생육에 적합한 토양경도를 유지하는 것으로 나타났다.
- 3. 토양 표층의 균열에 있어서도 종비토 뿜어붙이기공법의 경우 균열부가 3OEA/m2 이상 발견 되었으나 PEC공법기반재의 경우 균열 부위가 발견 되지 않았으며, 실험기간 동안 기반 재의 이탈현상도 목격되지 않았다.
- 4. 척 박한 암 절개지에 적 용되어 지는 녹화공법의 특성상 식생기반재의 수분 함유력은 녹화 품질에 있어 가장 중요한 요소이다. PEC 공법의 경우 시공 15일 후에도 꾸준히 20% 이상의 수분 함유율을 유지함으로써 초기 종자 발아에 필요한 유효수분의 지속적인 공급이 가능하였다.
- 초본형의 배합에서 파종 4주후에는 60% 이상의 피복효과를 보이지만 목본위주의 배합에서도 파종 12주후에는 60% 이상을 보이며, 관목류 위주의 배합은 파종 8주후에 60% 이상을 나타냄으로써 자생종을 사용하여도 피복효과가 시간이 경과할 수록 좋아지는 것을 볼 수 있다. 따라서, 장기적으로 보면 초본형의 배합보다는 목본위주의 배합이 바람직한 것으로 나타났다.
- 일반적으로 식물종자가 발아조건을 만족 시킬 때 2주 전후에 발아하는 되는 점을 보면 자생 초 . 목본류의 뿌리 활착과 생육에 있어서 PEC공법 식생 기반 재가 일반적인 종비토뿜어붙이기 공법보다 유리할 수 있다고 판단된다.
- 피복율에 있어서는 PEC-유형1(버섯배지 20%) 보다 PEC-유형2(버섯배지 40%)에서 피복 효과가 우수하게 나타난다. 목본류중 관목류 위주의 배합은 파종 8주후에 60% 이상을 나타냈고, 교목류 위주의 배합은 12주후에 60% 이상의 피복효과가 나타냄으로써 시간이 경과할수록 좋아지는 것을 볼 수 있다. 따라서, 장기적으로 보면 초본형의 배합보다는 목본 위주의 배합이 바람직한 것으로 사료된다.
- 이에 발아 속도가 빠른 한지형 잔디 정도만 균열부위 틈새에서 불규칙하게 발아, 생육하지만 목본 식물 및 자생초본 위주의 녹화가 어려운 실정이다. 반면 PEC공법의 경우 시공 후 2주가 경과 되어도 토양경도가 20.0 이하의 수치를 보여 종자발아 및 식물생육에 적합한 토양경도를 유지하는 것으로 나타났다. 일반적으로 식물종자가 발아조건을 만족 시킬 때 2주 전후에 발아하는 되는 점을 보면 자생 초 .
- 새, 쑥, 금계국, 끈끈이대나물) 및 한지형 잔디류 3종(Tall fescue, Perennial ryegrass, Kentucky bluegrass)으로 총 19종이 사용되었다. 선정된 초종들은 PEC 공법에서 가장 빈번하게 사용되어지는 종들로써 발아율이 우수하며, 척박한 환경에 대한 적응력이 강한 특성이 있다.
- 시간 경과별 수분 함유량 체크에서 PEC 기반 재의 경우 시공 직후 46%의 수분 함유량을 나타냈으며 점차 감소하다 시공 10일 전후 로 20%대의 수분 함유량을 유지하는 것으로 조사 되었으며, 시공 15일 후에도 23%의 수분 함유량을 보였다
- 시간 경과에 따라 식생기반재의 건조/수축이 이루어지면서 토양 경도가 점차 상승 되는 양상을 보였다. PEC 식생기반재의 경우 시공 7일후 12.
- 시공 후 3일 간격으로 측정 하였으며 강우에 의한 오차를 줄이기 위해 비 닐 멀칭하여 외부로부터의 수분 흡수를 억제하였다.
- 따라서, 장기적으로 보면 초본형의 배합보다는 목본 위주의 배합이 바람직한 것으로 사료된다. 아울러 파종량과 식물배합에 있어서 건셜교통부의 “비 탈면 녹화설계의 잠정 지침 안”을 PEC 공법에 적용하였을 때 파종식물의 발아와 생육에 적합하였으며, 초본의 배합비율을 줄이고 파종량을 줄이면 더욱 효과적일 것으로 판단된다.
- 아울러, 종자배합간 비교에서 초본형의 배합이 피복율에 있어 조성초기에 우수하게 나타나나 파종 12주후에는 그 차이가 현저하게 줄어드는 것을 볼 수 있다. 초본형의 배합에서 파종 4주후에는 60% 이상의 피복효과를 보이지만 목본위주의 배합에서도 파종 12주후에는 60% 이상을 보이며, 관목류 위주의 배합은 파종 8주후에 60% 이상을 나타냄으로써 자생종을 사용하여도 피복효과가 시간이 경과할 수록 좋아지는 것을 볼 수 있다.
- 아울러, 종자배합간 비교에서 초본형의 배합이 피복율에 있어 조성초기에 우수하게 나타나나 파종 12주후에는 그 차이가 현저하게 줄어드는 것을 볼 수 있다. 초본형의 배합에서 파종 4주후에는 60% 이상의 피복효과를 보이지만 목본위주의 배합에서도 파종 12주후에는 60% 이상을 보이며, 관목류 위주의 배합은 파종 8주후에 60% 이상을 나타냄으로써 자생종을 사용하여도 피복효과가 시간이 경과할 수록 좋아지는 것을 볼 수 있다. 따라서, 장기적으로 보면 초본형의 배합보다는 목본위주의 배합이 바람직한 것으로 나타났다.
- 토양 표층의 균열에 있어서도 PEC 공법 기반 재의 경우 균열여부가 발견 되지 않은 반면 종비토 뿜어붙이기공법 자재의 경우 경도 수치가 올라가면서 급격히 증가하는 양상을 보여 시공 2주 후에는 1H당 30개소 이상의 균열 부위가 관찰되었다(표 7). 식물의 원활한 발아 및 생육을 위해서는 토양의 경도 수치가 10nnn~20mni 정도를 유지하는 것이 중요하디(표 6).
- 표 3에서 나타난 바와 같이 피복율에 있어서는 PEC-유형1(버섯배지 20%) 보다 PEC-유형2 (버 석배지 40%)에서 피 복효과가 우수하게 나타났다. 아울러, 종자배합간 비교에서 초본형의 배합이 피복율에 있어 조성초기에 우수하게 나타나나 파종 12주후에는 그 차이가 현저하게 줄어드는 것을 볼 수 있다.
- 표 5는 식생기반재별 취부 후 초기 경도의 변화를 나타낸 표로써 PEC공법의 경우 취부 직후에는 7.8mm, 5시간 후에는 11.3㎛의 토양경도 수치를 보임으로써 취부 직후 부터 토양안정제의 양생이 진행되는 것을 확인할 수 있었다. 종비토 뿜어붙이기 공법 자재에서는 취부 직후에도 각각 14.
- 표 4과 같다. 표에서 보듯이 PEC-유형1 (버섯배지 20%)보다 PEC-유형2(버섯배지 40%)에서 식물 생육과 생장이 우수하였고, 종 다양성에서도 PEC-유형2(버섯배지 40%)가 더 좋은 결과를 보여 주었다(사진 4참조). 종비토 뿜어붙이기 공법의 경우 식물생육이 상대적으로 저조하였다.
후속연구
- 6. 본 연구는 비탈면침식방지를 위한 생태복원기술개발에 관한 기초적 연구로써 바크퇴비와 버섯배지를 활용한 재활용 환경기술을 개발할 목적으로 수행되었으나 연구결과를 현장에 적용하였을 때는 모의실험과 다른 결과가 도출될 수 있으므로 앞으로도 지속적인 연구와 조사가 뒷받침되어야 생태복원기술로써 발전할 수 있을 것이다.
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