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ISSN : 1225-4517(Print)
ISSN : 2287-3503(Online)
Journal of Environmental Science International Vol.28 No.6 pp.545-552
DOI : https://doi.org/10.5322/JESI.2019.28.6.545

Effect of Layers of Non-woven Fabric on the Growth and Flowering of Edile Flower Tropaeolum majus L. in the Vertical Greening System for Lower Maintenance Urban Agriculture

Jae-Hyeon Park, Young-Han Yoon1), Jae-Man Lee2), Hee-Yeon Song2), Jin-Hee Ju1)*
Korea Forest Seed & Variety Center, Chungju 27495, Korea.
1)Department of Green Technology Convergence, College of Science Technology, Konkuk University, Chungju 27478, Korea.
2)Department of Green Technology Convergence, Graduate School of Konkuk University, Chungju 27478, Korea
Corresponding author: Jin-Hee Ju, Department of Green Technology Convergence, Konkuk University, Chungju 27478, Korea Phone : +82-43-840-3541 E-mail : jjhkkc@kku.ac.kr
13/03/2019 06/05/2019 07/05/2019

Abstract


Tropaeolum majus, with a high decorative and food demand for vertical greening systems, has been utilized to revitalize urban agriculture. The effects of number of non-woven fabrics in a non-water environment and the adaptability of T. majus to this system were investigated. Planting ground composition of the container-type wall vertical greening system was made using non-woven fabric in one, two, three, or four layers. The results showed that the soil water content remained the highest when the non-woven fabric comprised 4 sheets. The morphological properties showed more growth with the 4 sheets than with 1, 2, and 3 sheets. In terms of physiological characteristics, chlorophyll content was mostly high in the 4 sheets, while shoot fresh weight value was in the order of 3 sheets > 4 sheets > 2 sheets > 1 sheet, and root fresh weight value was in the order of 4 sheets > 2 sheets > 1 sheet > 3 sheets. The dry weight of the measured values in the shoot was in the order of 4 sheets > 3 sheets > 2 sheets > 1 sheet while no clear difference was found in the root of each treatment. The difference in the flowring characteristics was not different, but in evaluating the characteristics as a whole, the growth in the three layers of non-waven fabric was the best. In addition, the soil moisture content and the growth characteristics were statistically significant as a positive correlation between the groups. Thus, greater the non-woven fabric, the higher is the adaptability of T. majus to dry stress under soil water-free conditions by maintaining soil moisture content. This showed that it represented an effective alternative as a method of vertical greening system for lower maintenance urban agriculture.



저관리 도시농업을 위한 벽면녹화 부직포 처리가 식용꽃인 한련화(Tropaeolum majus L.)의 생육과 개화에 미치는 영향

박 재현, 윤 용한1), 이 재만2), 송 희연2), 주 진희1)*
국립산림품종관리센터
1)건국대학교 녹색기술융합학과
2)건국대학교 녹색기술융합학과

    1. 서 론

    기후변화에 따른 건조지대 증가 및 인구 증가로 인한 농경지 감소(Fedoroff, 2015)에 새로운 대안으로 도시농 업이 대두되었지만, 국제연합식량농업기구(Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO)에 의하면 도시농업으로 인해 생산되는 식량은 세 계 식량시장의 15% 정도 밖에 되지 않는다고 하였다. 최 근에는 더욱 적극적인 의미에서 녹지와 인간의 활동을 접목시키려는 움직임이 일고 있으며(Lee et al., 2014), 도시를 중심으로 다양한 공간을 창출하여 재배 및 녹지 공간으로 활용하고, 공간에 적절한 도시농업기술을 연 구·개발함으로써 도시농업의 생산량을 증대시키는 것을 목적으로 하고 있다. 하지만 도시지역 내에서 농지의 확 보 및 유지(Kim et al., 2010)와 공간의 제약성 때문에 활용도가 떨어지는 실정이다(Song et al., 2018). 이에 건물의 외부 벽면 공간을 활용한 식용 및 녹화시스템인 수직적 농장에 관한 연구가 진행되고 있다(Kalantari et al., 2017).

    벽면공간은 일반적인 녹화와 달리 시설물의 경량화와 조성 및 관리의 편리성이 중요하다(Ryu et al., 2014). 특 히 식물의 생장을 위해서는 토양층과 관수가 기본적으로 설치되는 시스템을 따라야만 한다(Oh and Kim, 2017). 이러한 시스템에 적용하기 위해 벽면녹화 기술로 포트 (pot) 기법을 활용하고 있다. 하지만, 포트 기법을 선택할 경우 수종이 한정되어 있고, 열악한 식물 생육조건으로 고사가 빈번하게 발생한다(Lee and Lee, 2013). 또한, 벽면녹화에 이용되는 식물들의 환경변화에 대한 내성을 평가할 수 있는 객관적 지표가 없어 판단 기준 대한 연구 가 필요한 실정이다(Ryu et al., 2014). 특히, 벽면의 환 경압 중 식물생육에 가장 문제가 되는 것은 토양의 건조 와 바람에 의한 과다한 증산이라고 볼 때, 식물 종의 생리 적 내건성도 요구되나 빗물을 최대한 저장·활용할 수 있 는 토양의 식재지반 및 피복재에 관한 연구가 요구되고 있다(Ju et al., 2015).

    이에 본 연구는 식용꽃으로 가장 사용량이 많은 한련 화(Tropaeolum majus L.)를(Park et al., 2007) 벽면녹 화의 부직포 처리에 따른 토양중량수분, 생육 및 개화 특 성을 살펴봄으로써, 인위적인 관수량을 최소화할 수 있 는 저관리 도시농업의 활성화를 위한 자료로 제시하고자 한다.

    2. 재료 및 방법

    2.1. 연구재료

    2.1.1. 토양, 식물, 피복재

    본 연구에 사용된 공시 토양은 보습력 및 배수력, 통기 성이 좋은 원예용 상토(Hanaruem, sinsungmineral, Korea)와 통기성과 배수성을 제공하며 pH7인 펄라이트 (New-pealshine, GFC, Korea)를 배수층으로 사용하였 다. 식물재료는 관상가치 외에 건강에 도움이 될 수 있는 물질이 밝혀져 꾸준히 수요가 증가하고, 용기형 수직농 업에 적합한 한련화(T. majus)을 사용하였으며(Lee et al., 2011; Christenhusz, 2012; Ju et al., 2018), 2015 년 4월 직경 12 cm 화분을 구입한 후 1개월간 순화시켰 다. 피복재 처리는 다공성 구조에 의한 수분유지(Ju et al., 2015), 재료(Shin et a1., 2009)와 겹 수(Shin et al., 2005)에 따른 온도 유지 효과가 있는 부직포 (non-woven fabric, NF Sungju, Korea)를 사용하였다.

    2.1.2. 실험구 조성

    본 실험은 2015년 5월부터 7월까지 수행되었으며, 전 공온실 남동쪽 벽면에서 실시하였다. 용기형 실험구의 크기는 30×17×17 cm이며 1/4구형 행잉바스켓(hanging basket) 바깥쪽을 부직포로 피복하였다. 식재지반은 용 기 높이의 1/3을 펄라이트로 배수층을 형성하고 배합토 를 용기의 턱 2~3 cm를 남기고 포설하였다. 한련화는 각 포트당 3반복으로 식재하였으며, 피복재에 따른 수분 및 생장 비교를 위해 부직포 처리를 1겹, 2겹, 3겹, 4겹으로 각각 3구씩 처리하였다. 실험구는 온실 외부벽면에 설치 한 가로 약 13 m 높이 약 1.5 m의 격자형 구조물에 부착 하였다. 초기활착을 위해 각 실험구 당 500 ml로 관수한 이후에는 빗물로만 수분공급을 하였다.

    2.2. 연구방법

    2.2.1. 토양중량수분

    식재 전 부직포 처리에 따른 토양 내 중량수분함량을 알아보기 위하여 2015년 5월 설치 완료 후 7일 동안 매 일 1회 10반복으로 각 처리구별 용기무게를 전자저울 (FG-150KAL-H, Korea)을 이용하여 측정하고 평균값 을 산출하였다.

    2.2.2. 식물의 형태 및 생리

    식물의 형태적 변화는 정식 후 1개월이 경과하고 생육 이 왕성한 시기인 2015년 6월부터 7월까지 초장, 엽수, 엽장, 엽폭 등을 2주마다 조사하였다. 초장은 하단부에서 정단부까지 자를 이용하여 쟀으며, 엽수는 육안으로 셌 다. 엽장과 엽폭은 디지털 캘리퍼스(DC-03A-150, KirinCorp, Korea)를 이용하여 실험기간동안 동일한 엽 을 선정하여 길이를 쟀다. 생리적 변화는 엽록소 함량, 생 체중, 건물중으로, 엽록소 함량은 엽록소 측정기(SPAD -502, Mionlta, Japan)를 이용하여 3반복으로 잰 뒤 평 균값은 산출하였다. 생체중과 건물중은 실험종료 후 각각 지상부와 지하부로 나누어 생체중을 잰 뒤, 70ºC 의 드라이 오븐(C-DF, CHANGSHIN Sci Co, Korea)에서 48시간 건조한 후 건물중을 측정하여 처리간 비교를 하였다.

    2.2.3. 개화수

    개화수는 첫 개화를 시작으로 2015년 6월 중순부터 7 월 초까지 육안을 통해 개화수를 조사하였다.

    2.2.4. 통계분석

    본 연구의 통계분석은 수집된 데이터를 PASW statistics 18(SPSS Inc., USA) 프로그램을 이용하여 ANOVA 및 Kruskal-Wallis 검정으로 각 처리 간 유의 성을 검증하였으며, 각 요소들 간의 상관성분석을 통하 여 관계를 분석하였다. 이를 SigmaPlot 12.3(Systat software, Inc., San Jose, CA, USA)을 통해 그래프를 작성하였다.

    3. 결과 및 고찰

    3.1. 벽면녹화 식재지반 내 토양중량수분함량의 변화

    식재 전 부직포 처리에 따른 벽면녹화 식재지반 내 토 양중량수분함량의 변화를 살펴보면, 부직포가 1겹인 경 우는 실험 시작 5일 만에 0 g으로 떨어졌으며, 2겹 및 3겹 인 경우는 실험 시작 6일, 4겹은 7일 만에 0 g으로 떨어졌 다. 하지만 부직포가 4겹인 경우 실험 시작 8일째에 토양 의 수분이 2.3 g까지 감소되었다. 또한 4 sheets > 3 sheets > 2 sheets > 1 sheet 순으로 통계적 차이를 나타 내(Fig. 1), 부직포가 수분을 유지하고(Ju et al., 2015), 수분방출량을 낮추었으며, 이는 부직포의 겹 수가 많을 수록 벽면녹화 식재지반 내 수분보유능이 높아짐을 보여 주는 결과라 하겠다.

    3.2. 식물의 형태적 변화

    3.2.1.초장

    부직포 처리가 1겹인 경우 약 30일 정도에 초장이 5 cm로 가장 큰 변화를 보였으며, 부직포 4겹인 경우는 초 장이 약 20 cm로 측정되었다. 처리구별 초장은 유의적인 차이는 나타나지 않았지만, 4 sheets > 2 sheets > 3 sheets > 1 sheet 순으로 4 sheets일 경우 측정값이 가장 높았으며, 감소 폭 추이가 낮았다(Fig. 2). 선행연구에 따 르면 토양 내 수분함량이 초장 생육과 관계가 깊고, 건조 스트레스에 따른 영향이 줄어든다고 하였다(Álvarez and Sánchez-Blanco, 2013). 이와 같이 부직포 처리가 4겹일 때, 한련화 초장 생육에 있어 건조스트레스에 대한 적응성이 높아진다고 사료된다.

    3.2.2.엽수

    한련화 엽수 초기값이 15~20개라고 볼 때, 부직포 처 리가 1~2겹인 경우 지속적으로 감소한 반면, 3~4겹인 경 우는 엽수가 27개 정도로 증가하다가 감소하는 경향을 보였다. 처리구별 엽수는 유의적인 차이는 나타나지 않 았지만, 4 sheets > 3 sheets > 2 sheets > 1 sheet 순으로 4 sheets 처리 시 엽수가 가장 높은 것으로 조사되었다 (Fig. 3).

    3.2.3.엽장

    부직포 처리가 1~3겹인 경우 30일 동안은 급격히 감 소하여 5~12 mm로 감소하다가 12~15 mm까지 낮게 회 복되었으며, 부직포 4겹인 경우는 13 mm로 서서히 감소 하다 26 mm까지 높게 회복되었다. 7월 1일 측정값을 기 준으로 분석결과 4 sheets > 3 sheets > 2 sheets > 1 sheet 순으로 유의적 차이를 나타냈다(Fig. 4). 엽장은 토 양의 물리·화학적 조건에 영향을 받으며(Klok and van der Velde, 2017), 부직포 겹 수에 따른 토양중량수분함 량의 차이가 엽장 생육에 영향을 끼친 것으로 사료된다.

    3.2.4. 엽폭

    부직포 처리가 1~3겹인 경우 30일 동안은 5~13 mm 로 급격히 감소하다가 12~17 mm까지 낮게 회복되었 으며, 부직포 4겹인 경우는 15 mm로 서서히 감소하다 29 mm까지 높게 회복되었다. 7월 1일 측정한 결과값을 기준으로 분석한 결과 4 sheets > 3 sheets > 2 sheets > 1 sheet 순으로 부직포가 4겹일 경우 가장 양호한 것으로 유의적 차이를 나타냈다(Fig. 5). 엽폭은 생장상태의 주 요 지표로써 형태학적 특징을 결정하기 위한 중요한 변 수로 알려져 있다(Engle and Miller, 2005). 이는 저관 리 도시농업을 위한 벽면녹화 식재지반 내 토양수분함량 의 보유여부가 엽형에 직접적으로 영향을 줄 수 있음을 알 수 있다.

    3.3. 식물의 생리적 변화

    3.3.1.엽록소함량

    엽록소함량 초기값이 20 SPAD-Value 내외인 상태에 서 시험한 결과 부직포가 1~3겹인 경우 30일 동안 9~15 SPAD-Value로 감소하였으며, 부직포 4겹인 경우는 약 25 SPAD-Value로 증가하였다. 처리구별 엽록소함량은 4 sheets > 2 sheets > 1 sheet > 3 sheets 순으로 높았지 만, 통계적으로 유의하지 않았다(Fig. 7). Silva et al.(2018)은 수분이 감소하면 식물의 상대적인 물 함량 이 감소하며, 엽록소함량 감소에 영향을 받는다고 하였 다. 따라서 다른 처리구보다 부직포의 겹수가 증가할수 록 상대적으로 식재지반 내 수분보유능이 증가함에 따른 결과라 사료된다.

    3.3.2.생체중과 건물중

    지상부 생체중은 3 sheets > 4 sheets > 2 sheets > 1 sheet 순이며, 건물중은 4 sheets > 3 sheets > 2 sheets > 1 sheet 순으로 나타났다. 통계적으로 유의성은 낮았으 나, 부직포 1겹과 2겹의 차이는 거의 비슷한 값을 보였으 며, 4겹일 때보다 3겹에서 식물체 수분함량이 높았다. 한 편, 지하부 생체중은 4 sheets > 2 sheets > 1 sheet > 3 sheets 순이며, 건물중은 4 sheets > 2 sheets > 3 sheets > 1 sheet 순으로 나타지만, 통계적으로 유의성은 낮았 다. 식물체 수분함량은 부직포 3겹일 때 현저히 낮고, 1 겹과 2겹의 차이는 거의 없었으며, 4겹에서 식물체 수분 함량이 가장 높았다(Fig. 8). 이러한 결과는 부직포 1겹 과 2겹은 전체적으로 한련화의 생리적 활성이 저조한 반 면, 3겹 이상일 경우는 지상부에서 긍정적인 효과가 있으 나, 지하부에는 부정적인 영향을 줄 수 있음을 시사한다 고 하겠다.

    3.4. 개화수

    개화수의 초기값이 3개 내외인 상태에서 시험한 결과 부직포 1~4겹 모두 서서히 감소하였으며 가장 낮은감소 세를 보인 것은 3겹이며, 처리구별 개화수는 3 sheets > 1 sheet > 4 sheets > 2 sheets 순으로 미미한 차이를 나 타지만 통계적으로 유의하지 않았다(Fig. 6).

    3.5. 토양중량수분함량과 생육특성 및 개화수 간의 상관 관계 분석

    토양중량수분함량과 생육특성 및 개화수 간의 상관계 수를 살펴보면, 초장, 엽장, 엽폭, 개화수는 0.4 ~ 0.6으 로 보통, 엽록소는 0.2 ~ 0.4으로 약함, 엽수는 0.2 이하 로 상관관계가 낮은 수준이며, 모두 양의 상관성으로 통 계적 유의하였다. 생체중 및 건물중은 모든 항목에서 0.2 이하로 상관관계가 낮은 수준으로 음의 상관성이며, 지 상부 생체중을 제외하고 모두 통계적 유의하지 않았다. 하지만, 생육특성 집단별 상관관계는 식물형태와 개화수 는 0.4 ~ 0.6으로 보통, 식물생리는 0.3으로 약한 상관관 계로 분석되었으며, 모두가 통계적으로 유의하였다 (Table 1). 이러한 결과는 토양중량수분이 한련화 생육 에 전반적인 영향을 끼치며, 벽면녹화의 재료로써 시각 적 효과를 증대시키고, 꽃을 식용으로 사용하는 특성상 생산적 가치에 영향이 깊다고 사료된다.

    4. 결 론

    본 연구는 식용꽃으로 가장 사용량이 많은 한련화 (Tropaeolum majus)를 중심으로 부직포 처리에 따른 토양중량수분함량과 식물의 생육 및 개화수를 평가함으 로써, 저관리 도시농업으로서 벽면녹화의 활성화 방안에 활용하고자 수행하였다.

    토양중량수분함량은 부직포의 겹 수가 많을수록 높아 졌으며, 4겹일 경우 가장 높게 나타났다. 한련화의 생육 특성은 개화수에 비해 전반적으로 부직포 1겹, 2겹, 3겹 은 저조하였으나, 4겹에서는 높은 경향을 보였다. 지상부 생체중은 3겹 > 4겹 > 2겹 > 1겹 순인 반면, 지하부의 경 우 4겹 > 2겹 > 1겹 > 3겹으로 나타났다. 지상부 건물중 은 4겹 > 3겹 > 2겹 > 1겹 순인 반면, 지하부는 처리구 별 뚜렷한 차이가 없었다.

    토양중량수분함량과 생육특성 간의 상관관계를 살펴 보면, 초장, 엽장, 엽폭, 개화수는 보통, 엽록소함량은 약 한 수준에 양의 상관관계였으며, 엽수, 생체중, 건물중은 상관관계가 낮은 수준으로 분석되었다. 하지만 생육특성 집단별 상관관계는 토양중량수분함량과 양의 상관으로 통계적 유의하였다.

    결과적으로 부직포 처리에 따른 토양중량수분의 차이 는 뚜렷하였으며, 부직포 4겹일 때 확연히 높게 나타났 다. 또한, 한련화의 생육 결과에서도 비슷한 경향을 보였 다. 따라서, 부직포 처리에 따른 토양중량수분함량의 증 가는 한련화의 건조스트레스 완화효과가 있는 것으로 보 며, 이는 생육 및 개화에 직·간접적으로 영향을 끼친 것 으로 보인다. 이에 부직포 처리를 통한 벽면녹화 식재지 반 내 수분환경개선 효과는 높은 것으로 판단되며, 추후 다양한 재료와 수종을 적용한 장기적 생육 모니터링이 필요할 것으로 사료된다.

    Figure

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    Changes in soil moisture contents in the vertical greening system affected by different layers of non-woven fabric. Vertical bars give the Standard Error (SE) of the mean. ns, not significant; * and **, significant at the 0.05 and 0.01 level of probability, respectively (n=3). 1 sheet; a piece of non-woven fabric, 2 sheet; two sheets of non-woven fabric, 3 sheet; three sheets of non-woven fabric, 4 sheet; four sheets of non-woven fabric.

    JESI-28-6-545_F2.gif

    Chagne in plant height of the Tropaeolum majus in response to different layers of non-woven fabric in a vertical greening system. Vertical bars give the Standard Error (SE) of the mean. ns, not significant; * and **, significant at the 0.05 and 0.01 level of probability, respectively (n=9). 1 sheet; a piece of non-woven fabric, 2 sheet; two sheets of non-woven fabric, 3 sheet; three sheets of non-woven fabric, 4 sheet; four sheets of non-woven fabric.

    JESI-28-6-545_F3.gif

    Change in number of leaves of the Tropaeolum majus in response to different layers of non-woven fabric in a vertical greening system. Vertical bars give the Standard Error (SE) of the mean. ns, not significant; * and **, significant at the 0.05 and 0.01 level of probability, respectively (n=9). 1 sheet; a piece of non-woven fabric, 2 sheet; two sheets of non-woven fabric, 3 sheet; three sheets of non-woven fabric, 4 sheet; four sheets of non-woven fabric.

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    Change in leaf length of the Tropaeolum majus in response to different layers of non-woven fabric in a vertical greening system. Vertical bars give the Standard Error (SE) of the mean. ns, not significant; * and **, significant at the 0.05 and 0.01 level of probability, respectively (n=9). 1 sheet; a piece of non-woven fabric, 2 sheet; two sheets of non-woven fabric, 3 sheet; three sheets of non-woven fabric, 4 sheet; four sheets of non-woven fabric.

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    Change in leaf width of the Tropaeolum majus in response to different layers of non-woven fabric in a vertical greening system. Vertical bars give the Standard Error (SE) of the mean. ns, not significant; * and **, significant at the 0.05 and 0.01 level of probability, respectively (n=9). 1 sheet; a piece of non-woven fabric, 2 sheet; two sheets of non-woven fabric, 3 sheet; three sheets of non-woven fabric, 4 sheet; four sheets of non-woven fabric.

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    Change in chlorophyll contents of the Tropaeolum majus in response to different layers of non-woven fabric in a vertical greening system. Vertical bars give the Standard Error (SE) of the mean. ns, not significant; * and **, significant at the 0.05 and 0.01 level of probability, respectively (n=9). 1 sheet; a piece of non-woven fabric, 2 sheet; two sheets of non-woven fabric, 3 sheet; three sheets of non-woven fabric, 4 sheet; four sheets of non-woven fabric.

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    Fresh weight and dry weight of the Tropaeolum majus in response to different layers of non-woven fabric in a vertical greening system. Vertical bars give the Standard Error (SE) of the mean. ns, not significant; * and **, significant at the 0.05 and 0.01 level of probability, respectively (n=9). 1 sheet; a piece of non-woven fabric, 2 sheet; two sheets of non-woven fabric, 3 sheet; three sheets of non-woven fabric, 4 sheet; four sheets of non-woven fabric.

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    Change in number of flowering of the Tropaeolum majus in response to different layers of non-woven fabric in a vertical greening system. Vertical bars give the Standard Error (SE) of the mean. ns, not significant; * and **, significant at the 0.05 and 0.01 level of probability, respectively (n=9). 1 sheet; a piece of non-woven fabric, 2 sheet; two sheets of non-woven fabric, 3 sheet; three sheets of non-woven fabric, 4 sheet; four sheets of non-woven fabric.

    Table

    Pearson's correlation between soil moisture contents and growth characteristics

    Reference

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