Ⅰ. 서론 1. 개요 전세계의약 2% 정도의면적이도시로이루어져있으나전세계인구의 54%, 약 39억명이도시에거주하고있다 (UN DESA, 2014). 도시의인구집중은고층 고밀건축물의증가와도로포장, 녹지감소등토지이용유형 (land use pattern) 의변화를야기하였고

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우리 여
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1 생태적복원방법이적용된옥상녹화지역의정착과정및탄소수지모니터링 Monitoring on the Establishing Process and Carbon Budget of the Ecological Restoration Method applied to Green Roof 정성희 1) ㆍ김아름 2) ㆍ정운경 2) ㆍ나수미 2) ㆍ김지은 2) 서울여자대학교대학원생물학과 1) 서울여자대학교생명환경공학과 2) 멘토 : 이창석 1) ㆍ김혜수 2) 서울여자대학교생명환경공학과 1) ㆍ ( 주 ) 가림환경개발 2) 초록 국문초록자연이크게부족한도시생태계에서녹화된옥상은생물의서식처역할을비롯하여다양한생태계서비스를제공한다. 녹화된옥상이안정된생물서식처로서기능하기위해본연구에서는생태적복원기법을적용하였고, 그효과를평가하였다. 옥상복원을위한대조생태계는토심, 광량, 수분조건등을고려하여불암산에성립한소나무 (Pinus densiflora) 림으로삼았다. 생태적복원은대조생태정보에따라 2년생소나무묘목을식재하고소나무림의표토를뿌려주는방식을취하였다. 옥상녹화복원지에식재된소나무의직경과수고는식재이후기하급수적생장을보였다. 조사지의식생및곤충상정보에기초하여지소를서열화한결과, 대조지소와복원지소의종조성이유사함을확인하였고, 종순위-우점도곡선을토대로식물의종다양성을평가한결과, 복원지소와대조지소의유사한종풍부도및균등도를보였다. 적외선사진을통해식생이도입되지않은옥상녹화내면적에서측정한온도는평균 46 로나타났다. 옥상녹화지소내식생표면온도는복원지에서평균 28.2 로나타났으며, 조경방식의옥상녹화지소내식생표면온도는 로복원지소에비해높게나타났다. 복원지소의현존량은 1,683.2kg이고, 연간 5.48ton의탄소를식물체에고정하는것으로나타났다. 복원지소의토양호흡속도는전형적인계절변화추세를보였으나, 조경방식의옥상녹화지소의토양호흡은계절변화추세가뚜렷하지않았고, 호흡량도크게낮았다. 탄소수지측면에서복원지소는조경방식의옥상녹화지소보다탄소배출량이적었으나, 옥상녹화지역이탄소흡수원으로기능하기위해서는더많은개선노력이필요할것으로판단되었다. 본연구의결과로부터옥상녹화지역에서기존의조경방식보다생태적복원방법이생물서식처, 탄소저감및기후조절측면에서보다나은생태계서비스기능을제공할수있음을확인하였다. 키워드 : 옥상녹화, 복원, 도시생태계, 도시서식처

2 Ⅰ. 서론 1. 개요 전세계의약 2% 정도의면적이도시로이루어져있으나전세계인구의 54%, 약 39억명이도시에거주하고있다 (UN DESA, 2014). 도시의인구집중은고층 고밀건축물의증가와도로포장, 녹지감소등토지이용유형 (land use pattern) 의변화를야기하였고 (An and Kim 2003), 토지이용의변화는도시생태계의생물서식처감소, 지하수고갈, 도시홍수, 열섬효과등부작용을초래하였다 (Turner et al. 2004). 그럼에도불구하고도시지역은자연및농촌지역으로지속적으로확장되고있다 (Churkina 2008). 이러한도시팽창의부작용을저감하기위해도시내에녹지공간을확대하려는노력이이루어지고있지만추가적인녹지확보는어려운실정이다 (Kim and Kim 2010, Seoul Metropolitan Government 2007). 이미건축된인공지반에녹지를조성하는옥상녹화는추가적인녹지확보가어려운도시지역에녹지를확충하는대안으로주목받아왔다 (Landschaftsbau 2002, Jang and Lee 2008, Seoul Metropolitan Government 2007). 옥상녹화를통한녹지의확충은지상의잃어버린녹지를보상하는개념으로자리잡았고, 도시생태계피난처로서옥상녹화지역의역할은더욱부각되고있다 (Brenneisen 2006). Larson et al.(2005) 은옥상녹화시단순히내건성수종을발굴 식재하는것을뛰어넘어, 옥상과유사한환경의바위로이루어진서식처를모방하는방법을제시하였다. 바위가많은지역은토양층이얕아토양층이깊은지역보다극단적인수분조건을갖기때문에옥상녹화의서식처모델 (habitat templet) 로적합하다 (Lundholm 2006, Southwood 1977). 서식처를모방함으로써생물의생장과부양기능을모두충족시키고 (Lundholm et al. 2010), 자기유지가가능 한생태계를창조할수있다 (Berger 1993). 하지만현재진행되고있는국내연구는서식처로서옥상녹화의역할보다인공토양개발, 적정토심결정, 적합한식물선발등기초정보를확보하는수준에머물고있다 (Yang et al., 2014). 이와더불어기존옥상녹화가발휘하는기능중열섬현상완화, 에너지소비절감, 우수유출저감등도시기후환경의개선효과에대한연구가진행되고있지만 (Shin and Kim 2015), 기후변화적응을위한탄소수지측면의옥상녹화기능에대한국내연구는크게부족하다. 최근기후변화에따른대체서식지로서옥상에생물서식처를구현하는생태적복원기법이적용되었고 (Lundholm et al. 2010), 탄소흡수원으로서옥상녹화의중요성이증대되었다. 옥상녹화의경우기존산림생태계와달리새로창조된탄소흡수원이라는특수한기능을가지고있어 (Lee et al. 2013) 기후변화에따른자연과사회시스템을유지하기위한기후변화적응 (adaptation) 정책의일환으로적용될수있다. 따라서본연구에서는생태적복원기법을적용하여이루어낸옥상녹화지역에서생물의정착과정및탄소수지를모니터링하여옥상녹화지역의생물서식처로서의기능과기후변화완화기능을평가하였다. 나아가그효과를비교하기위해대조지소로삼은인근의바위산에성립한소나무림과기존조경방식을적용하여이루어낸옥상녹화지역에대한모니터링을함께진행하였다. Ⅱ. 실험및방법 1. 조사지개황 조사지역은서울특별시노원구에위치한서울여자대학교인문사회관 5층 (Ecological restoration, 이하복원지소 ), 50주년기념관 5층 ( architecture 1, 이하조경방식제1지소 ) 및행정관 4층 ( architecture 2, 이하조경방식제2지소 ) 에

위치한옥상녹화지역으로선정하였다. 옥상복원을위한대조생태계는토심, 광량등을고려하여, 인근의불암산에성립한소나무 (Pinus densiflora) 림으로선정하였다. 대조지소로선정된불암산 ( 이하대조지소 ) 은정상부를중심으로발달한대보화강암의영향에따라토심이얕고, 경사가급하여토양내수분함양이낮은특성을갖는다.

3 위치한옥상녹화지역으로선정하였다. 옥상복원을위한대조생태계는토심, 광량등을고려하여, 인근의불암산에성립한소나무 (Pinus densiflora) 림으로선정하였다. 대조지소로선정된불암산 ( 이하대조지소 ) 은정상부를중심으로발달한대보화강암의영향에따라토심이얕고, 경사가급하여토양내수분함양이낮은특성을갖는다. 불암산내대조지소는암석이표면으로나출되었고, 소나무가우점하며옥상녹화지역에서북쪽으로약 3km 거리에위치한다. 불암산대조생태정보에따라 2006년인문사회관 5층옥상에 2년생소나무묘목을식재하였고, 하층식생의발달을위해소나무림의표토를산포하였다. 생태적복원이적용된지소는교목과초본을식재한관리집약형옥상 (Intensive roof, 40cm) 에속한다. 조경방식의제1지소는관리집약형옥상 (Intensive Extensive roof, 20-60cm) 로관목과초본이식재되어있으며, 제2지소는관리조방형옥상 (Extensive roof, 10cm) 으로초본이식재되어있다 (Figure 1). 마디길이생장으로분석하였다. 연륜시료는생장추 (increment borer) 를이용하여지상 30cm 높이에서추출하였다. 연륜의생장폭은코어측정기 (CORIM Maxi) 를용하여측정하였다. 마디길이는줄자를이용하여측정하였다. 종조성분석을위한식생조사는각조사구에출현하는식물을대상으로 Braun- Blanquet법을통해피도계급을기록하였다. 조사구크기는성립한식생의수고에따라대조지소와복원지소는 5m 5m, 조경방식의제1지소및제2지소는 1m 1m로정하였다. 각지소의종조성은 DCA(Detrended Correspondence Analysis) 서열법을적용하여비교하였다. 종다양성은종순위-우점도곡선과 Shannon 지수 (H ) 에의해비교하였다. 외래종비율은종조성정보를토대로산출하였다 (Lee et al. 2011). 개체군구조는생태적복원지소에성립한모든소나무의지표 ( 지상 10cm) 직경및높이를측정하여분석하였다. Figure 1. A map showing the geographical location of the study sites. 2. 옥상녹화지역의정착과정모니터링 2.1 식생자료수집및분석서울여자대학교인문사회관지붕에식재된소나무 (Pinus densiflora) 중임의로 10개체를선정하여직경및수고생장을측정하였다. 직경및높이생장은각각연륜폭및 2.2 곤충자료수집및분석곤충에대한조사는각지소에서쓸어잡기 (sweeping) 를통해 5월, 6월, 7월및 8월에 3회씩정량채집하여수행하였다. 채집에사용된포충망은격자크기 1mm 1mm, 포충망직경 30cm의것을사용하였다. 채집한시료는종을동정하고종별밀도를구한다음다차원척도법 (Non-metric Multidimensional Scaling, NMS) 을적용하여지소별종조성을비교하였다. 이후, 곤충종목록을통해지소별출현목의비율을산출하였다. 2.3 표면온도측정옥상녹화지역의식생에따른지표온도의차이를분석하기위해열화상카메라 (Ti10 Thermal imager, Fluke, USA) 를이용하여적외선사진을촬영하였다. 적외선사진은 2015년 9월 3일 (12:00-13:00) 에 3반복으로

4 1m 1m 범위내에서촬영되었다. 촬영한적외선사진은 Smart view 1.9(2009) 를이용하여분석하였다. 3. 옥상녹화지역의탄소수지모니터링 3.1 생물량및순일차생산량목본식물의생물량은직경을측정한후상대생장식을적용하여산정하였다 (Korea Forest Research Institute 2014, Table 1). 초본식물의생물량은수확법을적용하여측정하였다. 생물량은 0.5m 0.5m 방형구 3개를설치하고그안에출현한모든식물을수확하여지상부와지하부로구분하고 70 건조기에서 48시간건조시킨후건조중량을칭량하여조사하였다. 순일차생산량은 2015년 1월목본식물의직경을측정하여현존량 (W1) 을산정하고, 2015년 9월이를다시측정하여 1년간생장후현존량 (W2) 을산정하였다. 두현존량의차이를계산하여그증가량 ( W=W2-W1) 으로순일차생산량을산출하였다. 토양호흡은 2014년 10월부터 2015년 9월까지 12개월동안매달 1번씩 10:00-13:00 에측정하다. 3.2 토양호흡량토양호흡측정을위해원통형 collar를각조사지소에 6개씩설치하였다. CO₂농도측정센서가부착된 chamber를 collar에밀폐시켜 chamber 내 CO₂농도변화를 2분동안 2초간격으로측정하였으며, 토양표면에서방출되는 CO₂의증가속도를통해토양호흡을산출하였다 ( 식 1). Soil respiration(mgco₂m -2 h -1 )=aρvs -1 ( 식 1) a: CO₂ 농도변화율 ρ: CO₂ 밀도 (mgm -3 ) V: Chamber 의부피 (m 3 ) S: 토양면적 (m 2 ) 3.3 순생태계생산량 생태계순생산량은군락의순일차생산량 (Net Primary Production, NPP) 과종속영양생물 호흡량 (Heterotrophic respiration) 의차이 로산출하였다. 종속영양생물호흡량은전체토양호흡중 종속영양생물호흡의비율로알려진 0.55 를 곱하여산출하였다 (Raich and Tufekcioglu 2000, 식 2). Net Ecosystem Production = Net Primary Production Heterotrophic respiration ( 식 2) Ⅲ. 결과및논의 1. 개체군구조 복원지소에식재된소나무의직경급분포는 3 6cm 계급을중심으로정규분포를보였 다 (Figure 2). 수고분포는역시 m 계급을중심으 로직경급분포와같은정규분포를나타내 었다 (Figure 3). 복원지소의소나무는식재후시간이경과 함에따라연륜생장이지수함수적으로증가 하는경향을보였다 (Figure 4). 수고생장은식재후 2 년간완만한생장을 보이다가그후빠르게생장하는기하급수적 생장을보였다 (Figure 5). Table 1. Biomass equations used to calculate total biomass of species in ecological restoration area. Species Equation(total biomass) Reference Note Pinus densiflora Syringa oblata Y=0.235*D *D * D *D logy=[{0.4692log(d 2 H) }+{ log(D 2 H)-1.443}+{0.492log(D 2 H)-1.3 6}]*1.25 Korea Forest Research Institute 2014 Kwak et al Below-ground biomass estimation coefficient : 0.25 (Whittaker and Marks 1975) D: DBH H: Height Y: Dry weight

5 2. 종조성 Figure 2. Frequency distribution diagrams of diameter classes of Pinus densiflora. Figure 3. Frequency distributio diagrams of height classes of Pinu densiflora. Figure 4. Yearly changes of radial growth of Pinus densiflora. 옥상녹화지소및대조지소의식생자료에기초하여지소를서열화한결과, 복원지소와대조지소는 1축상의왼쪽에함께분포하고, 조경방식의제1지소및제2지소는오른쪽에분포하는경향을보였다. 조경방식을적용한지소중제1지소는 1축의오른쪽끝에집중되어분포하고, 제2지소는 1축상의중앙에넓게흩어져분포하여양자사이에종조성의차이를보였다 (Figure 6). 이러한결과로부터소나무숲을모방한생태적복원지소와대조지소의종조성이서로유사하고, 조경방식을적용한지소는도입한식물종의영향으로종조성이다른차이를확인할수있었다. 조경방식의제2지소는관리조방형옥상으로, 이입식물의영향에따라대조지소와일부유사한종이출현하였다. 조경방식의제1지소는잔디를중심으로식재된조경수목에의해종조성에큰차이를나타냈다. 곤충조사에따른다차원척도법분석결과, 복원지소와대조지소는 3축의아래에분포하였고, 조경방식의옥상녹화지역은 3축의위쪽에분포하였다. 복원지소와대조지소는 2축에서각각오른쪽과왼쪽을중심으로분포하였다. 곤충의지소별종조성차이는초본, 관목및교목의식피율차이에따라나타난것으로판단된다. 초본이주로식재된기존방식의옥상녹화지역과목본이주로분포하는대조지소및복원지소의종조성이크게나뉘었으며, 대조지소와복원지소는관목유무에따라종조성의차이를나타냈다 (Figure 7). Figure 5. Cummulative height growth of Pinus densiflora.

6 Figure 6. DCA ordination based on plant species composition of study sites. (Hymenoptera), 노린재목 (Hemiptera) 의순으로, 대조지소는매미목, 노린재목, 파리목, 벌목의순으로출현개체수가높게나타났고, 조경방식의제1지소는파리목, 매미목, 메뚜기목 (Orthoptera), 벌목의순으로, 제2 지소는파리목, 벌목, 매미목, 노린재목의순으로출현개체수가많았다. 곤충상비교를통해대조지소와복원지소에서날도래목 (Trichoptera) 의출현및출현목비율의유사성을확인할수있었으며, 조경방식의옥상녹화지역에서는교란지역에서주로출현하는파리목 (Diptera) 의비율이높게나타났다 (Figure 10). Figure 7. NMS ordination based on insect species composition of study sites. 3. 종다양성 대조지소와복원지소는종순위-우점도곡선의기울기로부터나타난균등도와종풍부도가유사한경향을보였다. Shannon 지수는조경방식의제1지소 (1.9), 제2지소 (1.4), 대조지소와복원지소 (1.3) 의순으로나타났다 (Figure 8). 각지점의식생조사및식물상조사를통해산출된외래종비율은대조지소 (0.0%), 복원지소 (15.4%), 조경방식의제2지소 (18.2%) 및제1지소 (21.2%) 의순으로나타났다 (Figure 9). 조경방식의옥상녹화지역의높은 shannon 지수와외래종비율은옥상녹화시외래종을포함하여다양한종을도입한결과로판단된다. 나아가대조생태정보를고려하지않아주위에서외래종을포함한식물종이이입한결과로해석된다. 따라서조경방식의옥상녹화지역에생태적복원을통한서식처기능개선이필요한것으로판단된다. 곤충상을비교한결과복원지소는매미목 (Homoptera), 파리목 (Diptera), 벌목 Figure 8. A comparison of plant species rank-dominance curves among study sites. Figure 9. Percentage of exotic species in study sites.

복원지소의순일차생산량은 5.21ton C ha -1 yr -1 로산출되었고, 조경방식의제 1 지소 와제2지소에서각각 0.19ton C ha -1 yr -1, 0.06ton C ha -1 yr -1 로산출되었다. 조경방식의제1지소은현존량이많았지만생장률이높지않아, 가장낮은순일차생산량을나타냈다 (Table 2). Table 2.

적외선사진촬영을옥상녹화지역의식생표면온도는복원지소에서평균 28.2 로가장낮았으며, 조경방식의제1지소에서평균 37.2, 제2지소에서평균 36.0 로나타냈다 (Figure 11). Figure 11. A comparison of vegetation surface temperature among study sites. 5.

7 복원지소의순일차생산량은 5.21ton C ha -1 yr -1 로산출되었고, 조경방식의제 1 지소 와제2지소에서각각 0.19ton C ha -1 yr -1, 0.06ton C ha -1 yr -1 로산출되었다. 조경방식의제1지소은현존량이많았지만생장률이높지않아, 가장낮은순일차생산량을나타냈다 (Table 2). Table 2. Biomass of study sites. Figure 10. Percentage of insect order in study sites. 4. 표면온도적외선사진을통해식생이도입되지않은옥상녹화내면적의온도를측정한결과, 복원지소에서평균 41, 조경방식의제1지소에서평균 37, 제2지소에서평균 59 로나타났다. 적외선사진촬영을옥상녹화지역의식생표면온도는복원지소에서평균 28.2 로가장낮았으며, 조경방식의제1지소에서평균 37.2, 제2지소에서평균 36.0 로나타냈다 (Figure 11). Figure 11. A comparison of vegetation surface temperature among study sites. 5. 현존량및순일차생산량옥상녹화지역의 2015년현존량은복원지소에서 1,683.2kg으로나타났으며, 조경방식의지소중관목이식재된제1지소에서 147.7kg, 초본만식재된관리조방형옥상인제2지소에서 79.9kg로조사되었다. Restoration method Ecological restoration architecture 1 architecture 2 Stem 6. 토양호흡량 Bran ch Leaf Root Total NPP biomass ha -1 yr -1 ) 1, , 옥상녹화지역및대조지소의연간토양호 흡량변화는그림 12 와같이조사되었다 년 10 월부터시작된조사에서복원지소 의월평균토양호흡량은 2 월에 25.0mg CO 2 m -2 h -1 로연중가장낮은값을나타냈고, 7 월에 1,127.5mg CO 2 m -2 h -1 로연중최고 치를기록했다. 대조지소의연간토양호흡량 은 3 월에연중최저 32.5mg CO 2 m -2 h -1, 7 월에연중최고 909.6mg CO 2 m -2 h -1, 조 경방식의제 1 지소는 3 월에연중최저 8.3mg CO 2 m -2 h -1, 8 월에연중최고 243.8mg CO 2 m -2 h -1, 제 2 지소는 11 월에연중최저 0.83mg CO 2 m -2 h -1, 8 월에연중최고 187.9mg CO 2 m -2 h -1 로조사되었다. 복원 지소의토양호흡속도는자연림과유사한계 절변화추세를보였으나, 기존방식의옥상 녹화지역은뚜렷한계절변화추세를나타내 지않았다. 월변화를통해산출된옥상녹화지역의연 간토양호흡량은복원지소와조경방식의제 1 지소및제 2 지소에서각각 10.74ton C ha -1 yr -1, 2.33ton C ha -1 yr -1, 1.85ton C ha -1

8 yr -1 로나타났다. 각지소별연간종속영양생물호흡량은종속영양생물호흡계수 0.55를적용하여복원지소, 조경방식의제1지소및제2지소에서각각 5.91ton C ha -1 yr -1,1.28ton C ha -1 yr -1, 1.02ton C ha -1 yr -1 로산출되었다. Table 4. Net Ecosystem Production of study sites. Restoration method Ecological restoration architecture 1 architecture 2 NPP ha -1 yr -1 ) Heterotrophic respiration ha -1 yr -1 ) NEP ha -1 yr -1 ) Ⅳ. 결론 Figure 12. Seasonal variation of monthly mean soil respiration in study sites. Table 3. Soil respiration rate of study sites. Restoration method Ecological restoration architecture 1 architecture 2 Total soil respiration ha -1 yr -1 ) 7. 순생태계생산량 Heterotro phic respiration ha -1 yr -1 ) Root respiration ha -1 yr -1 ) 본연구는옥상녹화의생물부양기능과탄소수지개선을위해수행되었다. 이를위해옥상과유사한환경의서식처를모방하는생태적복원방법을적용하였고, 이후모니터링을통해생태적복원방법이식재된수종의생장을보장하고서식처기능을충족시킬수있음을확인하였다. 이와더불어옥상녹화복원시교목중심의서식처복원에서, 교목과관목의다층식재의적용을통해도시생태계피난처로서옥상녹화의역할을극대화할수있을것으로판단된다. 탄소수지모니터링결과, 옥상녹화지역은모두탄소배출원으로분류되었다. 복원지소는대조지소에비해탄소배출량이적었으나, 기후변화적응을위해옥상녹화지역의탄소흡수능증진방안이도출되어야할것이다. 옥상녹화지역의순생태계생산량은복원지소에서순일차생산량 (5.21ton C ha -1 yr -1 ) 과종속영양생물호흡량 (5.91ton C ha -1 yr -1 ) 의차이를통해연간 0.70ton의탄소를방출하는것으로추산되었다. 또한, 조경방식의제1지소는연간 1.09ton, 제2지소는연간 0.96ton의탄소를방출하는것으로나타났다. 복원지소는높은순일차생산량을보였지만높은종속영양생물호흡량에의해탄소배출원으로구분되었다. Ⅴ. 참고문헌 Ahn, T. M. & Kim, M. S. (2003). Environment Friendly Urban Open Space Planning. Journal of the Korean Institute of Architecture, 31(1). Berger, J. J. (1993). Ecological restoration and non-indigenous plant species: a review. Restoration Ecology, 1(2), Brenneisen, S. (2006). Space for urban wildlife:

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