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기후변화는 생태계, 환경 및 산업계 등 여러 분야에 심각한 영향을 미치고 있으며, 특히 도심 내 재해 위험도가 증가하면서 녹지공간 확보를 필요로 하고 있다(Yu 2015). 2020년 제정된 도시숲법은 기후변화를 예방하기 위해 도시에 녹지공간을 조성하기 위함이다. 그러나 한국의 경우는 국토가 좁은데다(Oh 2021) 인구의 92.1%(2024년 기준)가 도시에 거주하는 것으로 보고되었다(KOSTAT 2025). 도심의 학교운동장을 적극적으로 이용하여 녹지공간을 조성한다면 기후변화 문제 및 도시환경 문제를 해소할 뿐만 아니라 학생 및 지역구성원들에게 신체적, 심리적, 사회적 건강을 유지 및 향상시키는 장소가 될 것이다 (Lee 2013). 국내의 초･중･고 학교운동장은 11,730개소(2020년 기준)이고, 이중에서 천연잔디로 조성된 학교운동장은 9.71%(1,139개소), 맨땅 학교운동장은 90.29%(10,591개소)에 해당한다(Jeong et al. 2023). 지피식물인 잔디는 토양 표면을 피복하여 CO2를 흡수하고 O2를 공급할 뿐만 아니라 토양 유실을 방지해 주고 미세먼지를 줄여주며 도심의 열섬현상 등을 완화해 주는 쾌적한 환경을 제공한다(Han et a1. 2015). 최근 여러가지 장점을 가진 천연잔디 운동장의 관심과 그 가치에 대한 다양한 연구가 진행되고 있지만, 학교운동장의 잔디 식재 후 생육 및 관리에 큰 영향을 미치는 조성토양에 대한 연구는 매우 미미하다. 물론 미국골프협회(United States Golf Association; USGA)의 규격을 통해 식재토양에 대한 규격과 조성방안 등이 제시되어 있으나 공사 비용이 많이 들고 시공도 복잡하여 주로 골프장 그린과 스포츠경기장 등 고품질의 잔디밭에서만 활용(Kim 2021)되고 있어 학교운동장 조성에 적용하기에는 현실적으로 어려운 점이 많다.
천연잔디 학교운동장 확대 보급 활성화를 위해서는 학교운동장 조성비용을 절감할 수 있는 잔디 운동장 식재 지반 조성을 위한 모래상토 기술개발이 필요하다. 학교운동장 토양을 조사한 결과 맨땅 학교운동장은 양질사토가 많은 것으로 보고(Lee et al. 2006)되었고, 천연잔디가 식재된 학교운동장은 사질양토나 양질사토가 많은 것으로 보고(Chang et al. 2020)되었다. 이처럼 대부분의 학교운동장 토양인 양질사토를 재활용함으로써 천연 잔디 식재시 적은 예산으로 효율적으로 관리할 수 있는 천연 잔디 운동장 조성이 가능할 것이다.
따라서 본 연구는 천연잔디 학교운동장 확대 보급 활성화를 위해 학교운동장 굴취 토양(waste soil driven from school playground; WSSPG)과 모래를 혼합한 토양의 물리화학적 특성을 조사하여, 천연잔디 학교운동장 지반 조성 시 조성 토양에 대한 기초자료로 사용하고자 수행하였다.
재료 및 방법
본 연구는 2021년 대구대학교 내 운동장 토양을 채취하여 실험에 이용하였다. 채취한 학교운동장 토양의 입경 분포는 모래와 미사 및 점토가 각각 86.0%, 7.7%, 6.3%를 나타냈고, 토성은 양질사토를 나타냈다. 토양의 이화학성을 조사한 결과, 토양산도(pH), 전기전도도(electrical conductivity, EC), 양이온치환용량(cation exchangeable capacity, CEC) 및 용적밀도(bulk density)는 각각 8.55, 0.11dS･m-1, 4.7cmolc･kg-1, 1.75g･ cm-3를 나타냈다(Table 1). 선행연구에서 천연잔디가 식재된 학교운동장은 사질양토와 양질사토로 되어 있다고 보고(Chang et al. 2020;Kim 2021)하여 대구대학교운동장에서 채취된 토양은 실험용으로 사용하기에 적합하였다. 실험에 사용된 모래의 입경 분포는 자갈과 극조사 비율의 합이 25.7%로 미국골프협회(USGA)의 그린 규격(Waltz et al 2003)에는 적합하지 않으나 세사(0.25-1.0mm)의 비율은 60% 이상으로 USGA 규격과 비슷한 입경분포를 나타냈기 때문에(Table 2) 스포츠용도가 아닌 학교운동장 조성 시에는 사용할 수 있을 것으로 판단되어 실험에 사용하였다(Kim 2021;Kim et al. 2022).
실험용 상토를 만들기 위해 모래는 105℃로 설정된 건조기 (OF-W155, Daihan Scientific, Korea) 내에서 6시간 동안 건조하여 사용하였고, 여기에 학교운동장 굴취 토양(WSSPG)을 0, 5, 10, 15, 20, 30 및 40% 부피 비율로 혼합하여 처리구를 설정하였으며, 각 처리구별 토양 화학성과 물리성을 측정하였다.
학교운동장 굴취 토양과 모래혼합토양의 화학성은 pH, EC 를 1:5법으로 pH meter (SevenCompact pH/ion S220, METTLER TOLEDO, USA), EC meter (Orion 3 star, Thermo Fisher Scientific, USA)로 측정하였고, CEC를 1N-NH4OAc 침출법으로 측정하였으며 농촌진흥청 토양화학분석법에 준하여 분석하였다(NIAST,2000).
물리성은 용적밀도, 모세관 공극(capillary porosity), 비모 세관 공극(air-filled porosity), 공극률(total porosity) 및 수리전도도(hydraulic conductivity)를 측정하였다. 토양 물리성 측정은 USGA 측정 방식에 준하여 직경이 7.5cm, 높이가 10cm의 원통인 코어에 혼합된 토양을 넣고 다짐장치를 사용하여 현장 상태와 유사한 답압 상태의 물리성을 갖도록 조제하였다(Joo 1993).
통계처리는 SPSS(ver. 27, IBM, USA)를 이용하여 Duncan의 다중검정법을 통해 처리 평균 간 유의성을, 단순상관분석을 통해 상관성을 검정하였다.
결과 및 고찰
WSSPG(waste soil driven from school playground, 학교운동장 굴취 토양) 혼합 처리구들의 pH, EC 및 CEC는 각각 6.96-8.24, 0.07-0.27dS･m-1, 1.37-2.33cmolc･kg-1의 범위를 나타냈다(Table 3). WSSPG를 혼합한 모든 처리구의 pH는 대조구인 모래 처리구보다 pH가 증가하였다. 대조구인 모래와 비교할 때, WSSPG 혼합 처리구의 EC는 대조구보다 증가했고, CEC는 WSSPG 20-40% 처리구에서 증대되었다. WSSPG의 혼합비율과 각 토양 화학성 인자 간의 상관관계를 조사한 결과 pH, EC 및 CEC는 각각 0.789, 0.921, 0.831로 조사되어 정의 상관성(p < 0.01)을 나타냈다. 이는 토양개량을 위해 사용한 WSSPG의 처리에 의한 것으로 판단되며, USGA 기준 토양인 모래의 경우는 혼합되는 토양개량제에 따라 토양 화학성이 크게 영향을 받기 때문이다(Kim et al. 2020). 토양의 화학적 특성은 토양의 비옥도를 높이고 유용원소의 용해도, 유용미생물의 증감 등에 영향을 주어 결국 잔디의 생육에 영향을 미친다(Kim 2006). 잔디 조성 토양에서 pH나 EC와 같은 토양의 화학적 요인들은 잔디의 재배환경 및 시비조건에 의해 변화되어 차이를 나타낸다(Kim et al., 2022).
WSSPG 혼합 후 용적밀도, 모세관 공극, 비모세관 공극, 공극률 및 수리전도도의 변화는 Table 4와 같다. 처리구별 용적밀도는 1.59-1.79g･cm-3을 나타냈고, WSSPG 처리에 따라 용적밀도가 점차 증가하였다(rbulk density = 0.723**, p < 0.01). 용적밀도가 가장 큰 처리구는 학교 WSSPG 40% 처리구이고, 가장 작은 처리구는 WSSPG 5% 처리구였다. 이는 WSSPG의 용적밀도가 1.75g･cm-3로 상대적으로 높았고, 이를 모래와 혼합 하였을 때 증가했기 때문으로 판단된다(Table 1). 모세관 공극은 16.4-19.0%의 범위를 나타냈고, WSSPG 5-20% 처리구의 모세관 공극은 모래 처리구보다 증가하였으나 WSSPG 30-40% 처리구의 모세관 공극은 대조구와 유사하였다. USGA 기준으로 비교할 때, WSSPG와 혼합한 모래토양은 USGA 기준에 적합하였다. WSSPG처리량별 모래토양의 모세관 공극은 부의 상관관계(rcapillary porosity = -0.566**, p < 0.01)를 나타내어 WSSPG의 처리가 모래토양에서 모세관 공극에 미치는 효과는 미미한 것으로 나타났다. 비모세관 공극은 11.8-17.3%의 범위를 나타냈고, WSSPG 5% 처리구에서 가장 높게 나타났고, WSSPG 40% 처리구에서 가장 낮았으며 나머지 처리구는 대조구와 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다. WSSPG처리량별 모래토양의 비모세관 공극은 부의 상관관계(rair-filled porosity = -0.743**, p < 0.01)를 나타내어 WSSPG의 처리가 모래토양에서 비모세관 공극에 미치는 효과는 미미했다. 공극률은 28.2-36.3%의 범위를 나타냈고, WSSPG 5% 처리구에서 가장 높았으며, WSSPG 40% 처리구에서 가장 낮았고, 다른 처리구들은 대조구와 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다. WSSPG처리량별 모래토양의 공극률은 부의 상관관계(rtotal porosity = -0.730**, p < 0.01)를 나타내어 WSSPG의 처리가 모래토양의 공극을 미치는 효과는 미미했다. 이는 WSSPG의 처리에 의해 토양 중 모세관 공극과 비모세관 공극이 감소하는 경향을 나타냈기 때문이며, 특히 비모세관 공극의 감소가 크게 나타냈다. 일반적으로 점토는 토양의 입단화를 높여 토양의 비모세관 공극을 개선하는 것으로 알려져 있다. WSSPG에는 약간의 점토를 함유하고 있어 토양개량제로 처리 시 입단을 형성할 것으로 판단되었으나 입단을 형성하는 것보다 공극 사이를 점토가 채워 WSSPG의 처리량이 증대될수록 공극이 감소하는 것으로 추정되었다.
상기 결과를 종합할 때, WSSPG를 토양개량제 특성으로 평가하는 경우 5% 정도는 개량제로서 모세관 공극과 비모세관 공극의 개선효과를 나타내어 WSSPG이 토양입단화를 조성하여 비모세관 공극이 증대된 것으로 판단된다. 포화수리전도도(투수계수)는 12-215mm･hr-1 의 범위를 나타냈고, 모래 처리구에서 가장 높았으며 모래 처리구와 비교할 때, WSSPG 혼합비율이 증가할수록 포화수리전도도는 감소하는 경향을 나타냈다. WSSPG 처리구의 포화수리전도도는 5% 처리구를 제외한 다른 처리구에서는 USGA 규격에 적합하지 않았다. WSSPG처리량별 모래토양의 포화수리전도도는 부의 상관관계(rhydraulic conductivity = -0.929**, p < 0.01)를 나타내어 WSSPG의 처리 후 모래토양의 배수가 불량해 지는 것을 알 수 있었다.
상기의 결과로 토양 이화학성을 종합하여 평가할 때 천연잔디 학교운동장 보급과정에서 발생하는 WSSPG는 점토를 함유하고 있어 일정량을 사용하는 경우 토양의 입단화를 통해 통기성을 개선하는 효과를 나타낼 수 있으나 과량을 사용하는 경우 토양 공극 사이에 점토가 혼합되어 통기성 및 배수성을 불량하게 하여 토양개량제로서 사용에 제한요소로 작용함에 따라 잔디를 식재하는 경우 WSSPG는 모래토양에 약 5%정도 혼합하는 경우 USGA 규격에 적합하여 잔디 식재 및 토양관리에 적절한 것으로 판단된다.
