[논문]도시녹지 유형에 따른 휘발성유기화합물 농도 특성 - 서울시 동대문구를 중심으로 -

조예슬; 박수진; 노관평

doi:10.5668/jehs.2018.44.4.330

[국내논문] 도시녹지 유형에 따른 휘발성유기화합물 농도 특성 - 서울시 동대문구를 중심으로 -
Characteristics of Volatile Organic Compounds (VOCs) Concentration by Type of Urban Green Space - focused on Dongdaemun-gu, Seoul, Korea - 원문보기

韓國環境保健學會誌 = Journal of environmental health sciences, v.44 no.4, 2018년, pp.330 - 339

조예슬 (국립산림과학원 산림정책연구부 산림복지연구과) , 박수진 (국립산림과학원 산림정책연구부 산림복지연구과) , 노관평 (국립산림과학원 산림정책연구부 산림복지연구과)

Abstract ▼ AI-Helper

Objectives: The occurrence characteristics of BTEXS and phytoncides were investigated by type of urban forest. Methods: Four types of urban green space (Hongneung Forest, Mt. Chunjang, residential park, and traffic island) and Gwangneung Forest were selected. Monitoring of phytoncides and BTEXS was conducted considering the activity times of urban residents (five times per day) using a Tenax TA tube and suction pump in June 2017 (one day). Results: Phytoncide concentrations were ranked as Gwangneung Forest>Hongneung Forest>Mt. Cheonjang>traffic island>residential park. Relatively high concentrations of phytoncides were also identified in the urban forest. There was no significant difference between Gwangneung Forest and the urban forest. BTEXS concentrations were ranked as traffic island>residential park>Hongneung Forest>Gwangneung Forest>Mt. Cheonjang. Traffic island and residential park showed high levels of BTEXS depending on the inflow of vehicles. The difference in concentration by time was significant for the traffic island in particular. Pollutant levels in Hongneung Forest were as low as in Gwangneung Forest. Conclusion: The concentrations of phytoncides and BTEXS were different by types of urban green space, and the potential for health and hygiene of urban forests were able to be investigated. This study is expected to provide as basic data for the creation of urban forest spaces in the future.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Location of the air monitoring site by type of urban green space.
표 Table 1. Exterior view and information of experimental site according to type of urban green space
표 Table 2. List of Natural Volatile Organic Compounds (NVOCs) (32)
그림 Fig. 3. Dispersion of wind speed and wind direction according to type of urban green space.
그림 Fig. 2. (a) Air temperature and (b) relative humidity according to type of urban green space by time.
그림 Fig. 4. Concentration of VOCs ((a) NVOCs and (b) BTEXS) according to type of urban green space.
표 Table 3. Results of one way ANOVA analysis according to type of urban green space
그림 Fig. 5. Concentration of VOCs ((a) NVOCs and (b) BTEXS) according to type of urban green space by time.

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

산림, 국·공유지 녹화지, 담장녹화지(주거공원), 도로변녹지(교통섬)를 선정하였다. 또한 동일날짜에 도심지에서 떨어져 있으며 도심 내 산림대비 상대적으로 규모가 큰 대형 산림을 선정하여 연구대상지인 도시림의 특수성에 대하여 참고자료로 활용하고자 하였다. 최종적으로 서울시 동대문구에 위치한 도시녹지지역(홍릉숲, 천장산), 주거공원(H아파트 단지 내 소공원), 교통섬(청량리역), 도심 외 대형산림(포천시 국립산림과학원 연구시험림, 이하 광릉숲)을 선정하였다(Fig.
이에 본 연구에서는 산림치유공간을 조성하기 위한 기술과 관련한 주요인자로 객관화 및 정량화가 가능한¹⁵⁾ 휘발성유기화합물(피톤치드, BTEXS)을 이용하여, 도시녹지유형에 따른 (1) 미기상인자의 특성 및 (2) 농도특성에 관한 연구를 수행하였다. 향후 본 연구는 도시숲의 기능평가 및 체계적인 관리를 할 수 있는 기틀을 제공하고, 도시숲에서 인체에 유익한 피톤치드를 활용한 산림치유프로그램의 구성 및 적용 가능성을 확인하고 적용범위를 확대하는데 근거 자료로써 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

제안 방법

1). 대상지별 식생을 파악하기 위해 포집위치를 기준으로 20 m×20 m 방형구를 설정하여 수고, 수종, 흉고직경 등을 조사하였다(Table 1).
도시녹지유형에 따라 도시녹지지역(홍릉숲, 천장산),주거공원, 교통섬, 도심 외 대형산림(광릉숲)을 대상으로 BTEXS 및 피톤치드 농도특성을 분석하였다.
피톤치드를 구성하고 있는 테르펜 포집은 탄소구성물질인 C7~C26에 해당하는 테르펜 물질을 선택적으로 흡수할 수 있는 Tenax TA (Supleco, USA)의 흡착소재를 선택하였으며, 대기 흡입용 펌프(MinipumpΣ30NII, Sibata, Japan)에 연결하여 150 mL/min의 유량으로 1시간 동안 9L를 포집하였다. 시료 채취의 지점 선정의 경우 방형구 내 표준목을 1본씩 선정한 후 3개 지점에 설치하였으며, 인간 호흡기 영역인 지면으로부터 1.2~1.5 m의 높이에 배치하여 도시녹지 유형별로 공기 중 휘발성 물질에 대하여 동시 포집을 실시하였다. 실험 종료 후 사용된 흡착관은 밀봉하여 4^oC를 유지하기 위하여 아이스박스에 저장 및 이동하였다.
연구대상지를 구분하는 녹지 유형은 먼저 도시계획단위인 용도 지역을 기준으로 설정하여, 주거, 상업, 녹지지역으로 용도를 세분화 하였으며,「산림자원의 조성 및 관리에 관한 법률」에 따른 도시림의 분류에 따라,⁵⁾ 산림, 국·공유지 녹화지, 담장녹화지(주거공원), 도로변녹지(교통섬)를 선정하였다. 또한 동일날짜에 도심지에서 떨어져 있으며 도심 내 산림대비 상대적으로 규모가 큰 대형 산림을 선정하여 연구대상지인 도시림의 특수성에 대하여 참고자료로 활용하고자 하였다.
테르펜 분석은 흡착관에 포함되어 있는 테르펜 성분을 열탈착→농축(냉각)→열탈착(가스 크로마토그래피 주입) 단계로 수행하였다. 열탈착의 경우 ATD-400 (Perkin Elmer, USA),Tekmar 6000 (Tekmar, USA)을 사용하였으며, 가스크로마토그래피 분석은 정성 및 정량 분석기기인 GC/MS를 사용하여 채취된 공기 중에서 식별된 휘발성유기화합물(TVOCs, 피톤치드(NVOCs), BTEXS)의 질량농도를 계산하였다. 또한 휘발성 유기화합물의 포집은 2017년 6월 중 하루를 선정하였으며, 도시민의 생활패턴을 고려하여 1일 5회(9, 11, 13, 15,17시)에 걸쳐 공기 중 휘발성 유기화합물을 포집 및 분석한 연구 결과임을 밝혀둔다.
공기 중 측정물질은 환경대기에서 출현 빈도가 높고 환경학적 관심사가 높은 VOC대상 물질 중 Benzene, Toluene, Ethylbenzene, m,p,o-xylene,Styrene과 같은 BTEXS 계통과, α-Pinene, Limonene 등과 같은 천연 휘발성유기화합물 32종류의 VOC를 선정하였다(Table 2). 피톤치드의 주성분인 테르펜류는 치유의 숲 타당성 평가를 위하여 선정된 천연 휘발성유기화합물(NVOCs, 피톤치드)의 표준물질(32종류)에 의거하여 농도를 합산 및 평가하였다. 피톤치드를 구성하고 있는 테르펜 포집은 탄소구성물질인 C7~C26에 해당하는 테르펜 물질을 선택적으로 흡수할 수 있는 Tenax TA (Supleco, USA)의 흡착소재를 선택하였으며, 대기 흡입용 펌프(MinipumpΣ30NII, Sibata, Japan)에 연결하여 150 mL/min의 유량으로 1시간 동안 9L를 포집하였다.

대상 데이터

공기 중 측정물질은 환경대기에서 출현 빈도가 높고 환경학적 관심사가 높은 VOC대상 물질 중 Benzene, Toluene, Ethylbenzene, m,p,o-xylene,Styrene과 같은 BTEXS 계통과, α-Pinene, Limonene 등과 같은 천연 휘발성유기화합물 32종류의 VOC를 선정하였다(Table 2). 피톤치드의 주성분인 테르펜류는 치유의 숲 타당성 평가를 위하여 선정된 천연 휘발성유기화합물(NVOCs, 피톤치드)의 표준물질(32종류)에 의거하여 농도를 합산 및 평가하였다.
또한 동일날짜에 도심지에서 떨어져 있으며 도심 내 산림대비 상대적으로 규모가 큰 대형 산림을 선정하여 연구대상지인 도시림의 특수성에 대하여 참고자료로 활용하고자 하였다. 최종적으로 서울시 동대문구에 위치한 도시녹지지역(홍릉숲, 천장산), 주거공원(H아파트 단지 내 소공원), 교통섬(청량리역), 도심 외 대형산림(포천시 국립산림과학원 연구시험림, 이하 광릉숲)을 선정하였다(Fig. 1).

데이터처리

녹지유형에 따른 피톤치드(NVOCs) 및 BTEXS 농도를 비교하기 위하여 일원배치분산분석(one wayANOVA) 및 상관관계 분석을 실시하였다. 모든 측정값은 평균±표준편차로 표시하였으며, 분산분석 시표본간의 차이를 확인하기 위하여 scheffe 사후비교 분석을 시행하였다.
모든 측정값은 평균±표준편차로 표시하였으며, 분산분석 시표본간의 차이를 확인하기 위하여 scheffe 사후비교 분석을 시행하였다. 또한, 상관관계 분석의 경우pearson 분석을 실시하였으며, 모든 분석은 SPSS 20.0 (IBM Corp, SPSS Statistics 20)을 이용하여 수행하였다.
녹지유형에 따른 피톤치드(NVOCs) 및 BTEXS 농도를 비교하기 위하여 일원배치분산분석(one wayANOVA) 및 상관관계 분석을 실시하였다. 모든 측정값은 평균±표준편차로 표시하였으며, 분산분석 시표본간의 차이를 확인하기 위하여 scheffe 사후비교 분석을 시행하였다. 또한, 상관관계 분석의 경우pearson 분석을 실시하였으며, 모든 분석은 SPSS 20.

성능/효과

즉, 깊은 산림 내에서는 피톤치드의 농도가 일중 유사한 수준으로 유지되고 있는 것으로 판단된다. BTEXS농도의 경우 전반적으로 홍릉숲, 천장산, 주거공원, 교통섬의 경우 9-13시까지 점점 증가하는 추세를 나타내다가 온도와 일사량이 가장 높은 15시에 조금 감소하고 17-18시경 주거공원과 교통섬에서는 다시 농도가 증가하는 경향이 나타났다. 또한 교통섬을 제외한 대부분의 도시녹지에서 시간별 농도변화가 거의 없는 수준으로 나타났다.
녹지유형에 따른 BTEXS 농도의 경우 TVOCs중 약 40%의 비율로 구성되어 있으며, 교통섬>주거공원>천장산>홍릉숲>도심 외 대형산림(광릉숲) 순으로 높았다. 교통섬의 경우 인근 교통량이 증가하는 오전 중 가장 높은 농도가 확인되었으며, 교통섬을 제외한 대부분의 도시녹지에서 시간별 농도변화는 없는 것으로 나타났다.
녹지 유형에 따른 피톤치드의 인자별 구성비율의 경우 전체적으로 홍릉숲, 천장산, 광릉숲의 경우 모노테르펜류가 높은 비율로 차지하고 있었으며 비테르펜류 중 Benzaldehyde 또한 높은 비율로 나타났다. 주거공원의 경우 타 도시녹지와 비교하여 Benzaldehyde의 비율이 높게 나타났는데, 이는 본연구에서 선정한 32가지 NVOCs 물질 대다수가 침엽수종에서 주로 발견되는 모노테르펜류인 것에 반해 주거공원에 식재된 나무의 대부분이 이소프렌을주로 배출하는 활엽수종으로, 발생인자 차이에 따라비 테르펜류인 Benzaldehyde의 기여도가 높게 나타난 것으로 판단된다.
녹지유형에 따른 BTEXS 농도의 경우 TVOCs중 약 40%의 비율로 구성되어 있으며, 교통섬>주거공원>천장산>홍릉숲>도심 외 대형산림(광릉숲) 순으로 높았다. 교통섬의 경우 인근 교통량이 증가하는 오전 중 가장 높은 농도가 확인되었으며, 교통섬을 제외한 대부분의 도시녹지에서 시간별 농도변화는 없는 것으로 나타났다.
녹지유형에 따른 미기상인자를 평가한 결과 온도, 습도, 풍속, 풍향에 유의한 차이가 있었으며, 특히 오전 중 녹지유형별로 편차가 크게 발생하였다.
녹지유형에 따른 피톤치드농도는 TVOCs중 약 10%의 비율로 구성되어 있으며, 홍릉숲>도심 외 대형산림(광릉숲)>천장산>교통섬>주거공원으로 녹지유형별 유의한 차이가 있었다. 특히 도시녹지지역에서도 도심 외 위치한 대형산림과 유사한 수준의 높은 피톤치드 농도가 확인되었다.
05), 교통섬과 주거공원과는 유의한 차이가 발생하지 않았다. 또한, TVOCs와BTEXS의 농도비(BTEXS:TVOCs)는 홍릉숲 0.40,천장산 0.40, 주거공원 0.48, 교통섬 0.52, 포천광릉숲 0.35로, 도시녹지지역인 홍릉숲 및 광릉숲에서BTEXS 농도 비중이 낮게 나타난 반면, 교통섬 및 주거공원에서 BTEXS 비율이 도시녹지지역보다 높은 것으로 나타났다.

후속연구

²⁷⁾ 본 연구는 6월 중 하루 5회 일변화에 대한 단기 측정결과로써 수종, 밀도 면적에 따라 변화 할 수 있는 피톤치드 발생원에 대한 제어가 부족하여 도시 녹지 유형에 다른 피톤치드 농도경향을 분석하기에는 다소 어려움이 있었다. 하지만 테르펜 물질은 일사량과 기온이 증가함에 따라 생장량 및 방출량이 증가하나,^29,30) 습도, 지형조건과 같은 물리적 환경 및 온도상승으로 인한 대기 중 확산속도 및 합성속도가 빠르기 때문에 측정위치에 잔존하는 농도에 따라 큰 차이가 발생^31,32)할 수 있다는 점을 확인 했으며, 향후 피톤치드의 발생량을 증진시키고 도시숲을 이용한 치유환경조성에 보다 신뢰성 있는 기초자료로써 제공되기 위하여 지속적인 데이터의 축적이 필요할 것으로 사료된다.
휘발성유기화합물(피톤치드, BTEXS)을 이용하여, 도시녹지유형에 따른 (1) 미기상인자의 특성 및 (2) 농도특성에 관한 연구를 수행하였다. 향후 본 연구는 도시숲의 기능평가 및 체계적인 관리를 할 수 있는 기틀을 제공하고, 도시숲에서 인체에 유익한 피톤치드를 활용한 산림치유프로그램의 구성 및 적용 가능성을 확인하고 적용범위를 확대하는데 근거 자료로써 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	우리나라 도시면적의 변화 추이는?	우리나라는 지속적인 산업화 및 도시화로 인해 2017년 도시면적이 2008년 대비 약 22% 증가하였으며,1) 도시면적의 증가는 도시생태계의 훼손, 도시주거 환경 악화, 도시 내 대기 및 수질오염, 열섬 현상 등의 환경문제 등을 일으키고 도시민의 삶의 질 저하 및 건강 문제를 야기하고 있다.2,3) 최근 도시화의 문제를 극복하기 위한 방안으로 도시숲 확산 운동이 등장하여 정부의 산림정책과 시민단체의 활동으로 진행되고 있으며,4) 이러한 노력에 힘입어 2009년에 약 11,021 km2이었던 총 도시숲 면적이 2015년 약 12,536 km2까지 증가하게 되었다.
	도시면적의 증가가 가져온 문제점은?	우리나라는 지속적인 산업화 및 도시화로 인해 2017년 도시면적이 2008년 대비 약 22% 증가하였으며,1) 도시면적의 증가는 도시생태계의 훼손, 도시주거 환경 악화, 도시 내 대기 및 수질오염, 열섬 현상 등의 환경문제 등을 일으키고 도시민의 삶의 질 저하 및 건강 문제를 야기하고 있다.2,3) 최근 도시화의 문제를 극복하기 위한 방안으로 도시숲 확산 운동이 등장하여 정부의 산림정책과 시민단체의 활동으로 진행되고 있으며,4) 이러한 노력에 힘입어 2009년에 약 11,021 km2이었던 총 도시숲 면적이 2015년 약 12,536 km2까지 증가하게 되었다.
	선행연구에 따른 도시숲의 긍적적인 효과는?	선행연구에 따르면, 녹지공간은 도시의 열섬현상을 감소시켜 인간의 열 스트레스 저감에 도움을 주고,7,8) 인지기능 발달,9) ADHD 비율 감소,10) 면역체계 기능향상,11) 스트레스 호르몬 감소12,13) 등의 생리적인 건강 개선뿐만 아니라, 사회 및 정신적인 복지와 행복이 녹지공간과 긍정적인 연관이 있다고 보고되고 있다.14) 또한 숲은 피톤치드, 음이온, 경관 등 자연으로부터 얻을 수 있는 치유인자가 풍부 하다고 알려져 왔으며,15,16) 특히 식물 자체에서 발산하는 휘발성 물질인 피톤치드는 항균, 항염, 항암, 면역증진, 스트레스 조절 등 인체에 다양한 건강증진 효과를 주는 물질로써 인식되고 있다.

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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