A Study on the Growth Characteristics of Riparian Plants on the Artificial Floating Islands

韓國環境復元綠化技術學會誌 4(4)：25～35(2001) J. Korean Env. Res. & Reveg. Tech. 4(4)：25～35(2001)

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인공섬 수생식물 생육특성에 관한 연구

김용규

․구본학

․안동만

1)

일송환경복원㈜․

혜천대학 조경과․

서울대학교 조경학과

A Study on the Growth Characteristics of Riparian Plants on the Artificial Floating Islands

Kim, Yong-Kyu

, Koo, Bon-Hak

and Ahn, Tong-Mahn

1)

Il Song ERT Co., Ltd.,

Dept. of Landscape Architecture, Hyechon College

3)

Dept. of Landscape Architecture, Seoul National University

ABSTRACT

This study aims to find out the growth characteristics of riparian plants on the artificial floating islands (AFI). Three types of experiments were performed. The vegetation growth were compared by the plant-supporting materials; natural cotton mat, coir mat on the AFI or in the water, and natural soil at the waterfront.

Major findings are;

1. The survival rate of riparian plants was 100% on both coir-mat and cotton-matislands, which implies that we may substitute cheaper cotton for expensive coir-mat.

2. Both natural cotton mat and coir mat were good for the growth of plants. Especially, the natural cotton mat was good for Sparganium stoloniferum and Miscanthus sacchariflorus, and the coir mat was good for Typha latifolia.

3. The growth rate of stem and root showed difference between the stem-removed plants and stem-remaining plants. As a whole, the growth rate of stem-removed plants was bigger than the one of stem-remaining plants.

4. The growth rate of plants showed difference between those grown on the AFI and those grown in the water. The growth rate of plant on the AFI was bigger than the one in the water.

5. The growth rate of plants on the AFI was bigger than the one on the natural soil at the waterfront.

Key words：artificial floating islands, riparian plants, cotton mat, coir mat

김용규․구본학․안동만

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Ⅰ. 서 론

1. 연구 배경

식물 생육이 가능한 인공 식생섬 ¹⁾ 은 새로운 형태의 수생 생태계 창출이라는 점에서 조경학, 식물학, 생태학 등 자연 생태계와 관련된 분야 에서 새로이 조명을 받고 있는 시설물이다. 인 공 식생섬은 원래 자연에 존재하는 것으로 이 탄층이 가스에 의해 떠오르거나 또는 호안의 일부가 잘려 호수나 늪 위를 떠다니는 형태로 나타난 것을 일컫는 말로 일본에서 천연의 부 도는 山形縣의 浮島大沼가 유명하다. 현재와 같 은 인공 식생섬은 1979년 독일에서 schwimm

kampen(floating campus)라는 이름으로 Hoeger에 의해 소개된 것이 최초이며, 일본에서도 폭넓은 연구가 진행되기 시작한 것은 1990년대 중반이 후이다. 인공 식생섬은 물새와 어족의 생식환경 창출과 제공, 수변 경관 향상에 기여, 수질 정화 효과 기대 등과 파랑에 의한 호안 침식의 방지, 수인성 전염병 예방 등의 효용성을 지닌다는 점에서 새로운 시설물로 각광을 받고 있다. 그 밖에도 부수적인 효과로, 수위변동이 심한 수변 에 식생군락을 창출할 수 있다는 점(수변림과 습지 식생에서 침수식물대까지)과 급사면의 호 안에 평탄한 식생환경을 창출하여 수위 변동에 따라 노출되는 나지를 식물로 가릴 수 있다는 점, 수심이 깊은 곳에 육역환경을 제공할 수 있 다는 점, 인간과 육지 동물이 접근할 수 없는 쉘터를 제공한다는 점 등을 들 수 있다.

현재 인공 식생섬에 대한 연구는 일본에서 활발하게 진행되고 있는데 주로 상기한 인공 식생섬의 효용성을 검증하는 연구로 식생섬 설 치후의 모니터링을 통해 물새와 어족의 생식환 경, 수질 정화 등의 관점에서 연구가 진행되고 있다(中村圭吾, 1995, 1999; 寺園勝二 외2인, 1996) ²⁾ . 국내에서도 여러 연구가 진행되고 있 1) 일본에서는 ‘人工浮島'라는 이름으로 많은 연구가

수행되고 있음

2) 본 연구에서 인용된 문헌 대부분이 이와 관련된 연 구로 인공 식생섬 설치 후 모니터링을 통해 생물 서 식처로, 수질 정화 효과를 기대할 수 있다는 것을 보여준다. 그러나 특정 목적에 부합되기 위해 인공

으나 아직 본격적인 연구 논문이 발표되지는 않고 있고, 농업용수 수질 개선을 위해 인공 식 생섬을 도입하자는 연구보고서 ³⁾ 가 있었고, 몇 몇 민간 회사에서 연구를 진행하고 있는 것으 로 알려지고 있다.

2. 연구 목적

본 연구는 인공섬에 식생을 도입하기 위한 기초연구로서, 수생 식물을 식생섬에 식재함에 있어 보다 적합한 생육기반재를 도출하기 위해 현재 생육기반재로 널리 쓰이고 있는 코이어 매트(coir mat)와 하중이 가볍고 가격이 저렴한 천연솜으로 제작된 매트를 비교하여 생장량을 조사하고, 수생 식물의 줄기부를 제거한 식물과 존치시킨 식물간의 생장을 비교함으로써 보다 조기에 식생섬에 적응하는 식재형을 도출하고 자 한다.

Ⅱ. 연구 재료 및 방법

1. 재료

실험은 생육기반재별 수생 식물의 생육 특성 을 살펴보기 위해 1999년 6월 3일부터 1999년 9월 28일까지 강원도 원주시의 오크밸리 리조 트내 저류지에서 수행되었다.

식생섬 구조체는 부력이 큰 발포스티로폼을 이용하였고 발포스티로폼의 외피는 스테인레스 판으로 감싸도록 제작하였다. 식생섬 구조체는 1m×1m 모듈 4개와 2m×2m 모듈 1개의 식생 섬 구조체를 이용하였고, 식물 지지체는 1m×

1m, 2m×2m 크기의 코이어 매트와 하중이 가 볍고 가격이 저렴한 천연솜으로 제작된 매트를 사용하였다. 식물지지체는 흙대신 인공섬에서 식물 뿌리의 지지기반이 되는 재료를 말한다.

본 실험에 사용한 수생 식물종은 우리나라의

식생섬의 형태나 각종 제원, 식물 식재 형태 등이 어떠해야 한다는 연구는 아직 진행되고 있는 것이 없다.

3) 농림부(1997), 농업용수 수질 개선 시범사업보고서(1차)

(1997), 수생 식물에 의한 수질개선 보고서(1차)

(1998), 농업용수 수질 개선 시범사업 보고서(2차)

(1998), 수생 식물에 의한 수질개선 보고서(2차)

인공섬 수생식물 생육특성에 관한 연구

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줄 기 부 제 거 줄 기 부 존 치

그림 1. 실험장치 I：식생섬내 수생 식물의 식재

평면도 그림 2. 실험장치 II：줄기부와 뿌리부 관찰용 장치

사진 1. 1m×1m 식생섬 4개 조합(식재직후) 사진 2. 2m×2m 식생섬(식재 직후) 대표적인 수생 식물인 부들(Typha latifolia), 줄풀

(Zizania latifolia), 흑삼릉(Sparganium stoloniferum), 갈대(Phragmies communis), 물억새(Miscanthus sacchariflorus) 이다. 실험재료는 충북 청원군에 서 재배한 3치 포트의 재배품이다.

2. 실험 방법

1) 식물 지지체별 식물 생장량 측정 식물 지지체별 수생 식물의 생육 특성을 보 기 위해 지지체를 코이어매트와 천연솜으로 구 분하여 각각의 식물을 9본씩 식재하고 이중 5 본은 줄기부를 존치시키고 나머지 4본은 줄기 부를 제거하였다. 이 실험을 통해 식생섬내에서 수생 식물의 생존율과 줄기부의 생장량을 측정 하였다.

식생섬에 식재된 수생식물은 바람, 파랑 등의 영향으로 식물을 식생기반재에 직접 고정시키 는 것이 불가능하므로 각 식물은 식물성 쥬트 로 제작된 쥬트 포트(Jute port)에 배양토를 넣어 식재하고 이를 식물 지지체에 끼우는 방식으로

고정하였다. 배양토는 식물을 대량 생산하기 위 해 일반적으로 사용하는 버뮤클라이트(일명 질 석)와 밭흙, 피트모스 등을 주성분으로 이용하 였다. 수생 식물별로 줄기부를 제거한 것과 존 치시킨 것을 구분하여 줄기 제거 여부에 따른 수생 식물별 생장량의 차이를 관찰하였다.

2) 수상에서의 수생식물 생장량 측정 두 번째 실험은 식생섬내에 식재한 식물에서 는 뿌리부의 생장량을 직접 측정하기 곤란하기 에 뿌리부 생장량을 측정하고 식생섬 식재시 쥬트포트에 담긴 상토가 수생 식물의 생장에 영향을 미쳤는지를 검증하기 위해 별도의 장치 를 마련하여 수행되었다.

식생섬에서의 수생 식물 생장에 배양토가 영

향을 주는지 여부를 검증하기 위해 투명한 플

라스크에 배양토없이 수생 식물별로 각각 줄기

부 제거한 것 2본, 줄기부를 존치시킨 것 2본씩

틀에 고정시켜 검측을 하여 식생섬에서의 식물

생장량과 비교하였다.

인공섬 수생식물 생육특성에 관한 연구

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식재 본수 (본)

생존 본수 (본)

생존 율 (%)

줄 기 생 장 (㎝) 생장

량 1일 15일 28일 37일 61일 74일 88일 110일 127일 (㎝) 부 들

○ 5 5 100 2 18.5 25.3 33 43 36 42.5 46.5 44.5

× 4 4 100 0 18 23.5 28.5 35.5 38 55 63.5 63.5

줄 풀

○ 5 5 100 2 27.5 40 48 53.5 (51.5)

× 4 4 100 0 21.5 44 48 65.5 (65.5)

흑 삼 릉

○ 5 5 100 2 42 59 67.5 74.5 65 67.5 73.5 71.5

× 4 4 100 0 16 35 42.5 52.5 53.5 57.5 63.5 63.5

물 억 새

○ 5 5 100 2 5.5 9 13.5 27 28.5 30.5 39 37

× 4 4 100 0 4 6 10 20.5 5 8.5 19 19

갈 대

○ 5 5 100 2 12 21 30 38.5 (38.5)

× 4 4 100 0 9 13 17.5 27 (27)

* ○ 표식은 줄기부 존치 / × 표식은 줄기부 제거

되어 줄기부를 제거한 식물과 그렇지 않은 식 물간의 뿌리부 생장량은 일정한 경향을 보여 주지 못했으나, 뿌리부의 생육이 가장 왕성한 식물은 ① 줄기부를 존치시킨 흑삼릉(71.5㎝),

② 줄기부를 제거한 줄풀(65.5㎝), ③ 줄기부 제 거한 부들(63.5㎝)과 흑삼릉(63.5㎝), ⑤ 줄기부 존치시킨 줄풀(51.5㎝) 순으로 나타났다(표 6).

이는 수상에서의 줄기부 생장량 서열과도 다른 결과를 보여주고 있다.

3. 식생섬과 수변에서의 수생 식물 생체량 비교 1) 수생 식물의 생체중량과 건조중량 생체중량과 건조중량은 단위식물별로 줄기부 와 뿌리부의 생장을 비교하기 위해 줄기부(top) 와 뿌리부(root)를 구분하여 측정하였다.

결과를 보면 수변에서 생육한 식물보다 식생 섬에서 생육한 식물의 생체량이 보다 큰 것으로 나타났으며, 줄기부를 존치시킨 것과 제거한 것 은 특별한 경향성이 없는 것으로 나타났다(표 7, 8). 본 대상지 수질과 수변토양에 대한 분석 이 동반되지 않아 유의미한 결과를 추론하긴 어 렵지만 식생섬에서의 식물 생체량이 보다 크게 나타난 것을 보면 식물 생육에 필요한 영양물질 이 토양 못지 않게 저류지에도 공급된다는 사실 과 식생섬에서의 뿌리 생체량이 수변 식물보다

큰 것을 볼 때 토양보다는 물속에서의 뿌리부 생장이 왕성하다는 것을 알 수 있다.

이는 기계적으로 억제 정도가 큰 토양보다는 물이 뿌리부 발달에 유리하고 또한 수직적으로 발달하여 뿌리부의 표면적을 토양에서보다 넓 혀 주기 때문으로 이것이 결국 줄기부의 왕성 한 성장을 가져 온 것으로 사료된다.

표 7. 수생 식물의 생체중량 비교 (단위：g) 생 체 중 량(Fresh Weight) 줄기부

(Top) 뿌리부 (Root) 합계

(Sum) T/R T/S R/S 부

들

식생섬 ○ 222.49 149.48 371.97 1.49 0.60 0.40 식생섬 × 239.45 188.71 428.16 1.27 0.56 0.44 수 변 140.42 149.23 289.65 0.94 0.48 0.52 줄

풀

식생섬 ○ 285.42 555.23 840.65 0.51 0.34 0.66 식생섬 × 211.85 404.05 615.90 0.52 0.34 0.66 수 변 48.85 96.86 145.71 0.50 0.34 0.66 흑

삼 릉

식생섬 ○ 170.92 96.01 266.93 1.78 0.64 0.36 식생섬 × 158.15 103.07 261.22 1.53 0.61 0.39 수 변 140.65 111.61 252.26 1.26 0.56 0.44 물 억

새

식생섬 ○ 26.80 58.30 85.10 0.46 0.31 0.69 식생섬 × 17.74 39.87 57.61 0.44 0.31 0.69 수 변 44.66 22.14 66.80 2.02 0.67 0.33 갈

대

식생섬 ○ 52.21 38.57 90.78 1.35 0.58 0.42 식생섬 × 20.78 25.18 45.96 0.83 0.45 0.55

수 변 - - - - - -

* ○ 표식은 줄기부 존치 / × 표식은 줄기부 제거

김용규․구본학․안동만

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T/R, T/S, R/S 비율(ratio)을 보면 부들과 흑삼 릉은 뿌리부보다는 줄기부의 생장이 왕성한 식 물임을 알 수 있고 줄풀과 물억새는 뿌리부의 생장이 줄기부보다 왕성한 식물임을 보여 준다.

생체중량과 건조중량의 차이를 비교해 보면 줄풀, 부들, 흑삼릉, 물억새와 갈대의 순으로 차이가 큰 것으로 나타났다(표 9). 생체중량과 건조중량의 차이는 식물체의 상대적인 충실도 를 나타내는 척도로 차이가 크다는 것은 줄기 나 뿌리등에 액체상태가 많다는 의미로 식물의 충실도가 떨어진다. 액체상태의 체액은 대부분 이 물로 구성되고 극히 미량의 필수원소와 미 량원소를 포함하고 있어 수변 경관의 질을 향 상시킬 목적으로 식생섬에 수생 식물을 도입하 는 경우는 예외이나 수생 식물을 이용하여 수 질을 정화한다는 측면에서 접근을 한다면 보다 세심한 수종의 선택이 뒤따라야 할 것으로 사 료된다. 수생식물을 이용한 수질 정화는 줄기 부를 제거함으로써 물속의 영양원을 제거하게 되므로 수질정화용 수생 식물의 선택 기준은 줄기부의 생장량이 크고 생체중량과 건조중량 의 차이가 적은 식물이 바람직 할 것으로 판단 된다.

표 8. 수생 식물의 건조중량 비교 (단위：g) 건 조 중 량(Dried Weight) Top Root Sum T/R T/S R/S 부

들

식생섬 ○ 53.12 38.12 91.24 1.39 0.58 0.42 식생섬 × 58.22 42.86 101.08 1.36 0.58 0.42 수 변 26.22 25.79 52.01 1.02 0.50 0.50 줄

풀

식생섬 ○ 72.61 122.04 194.66 0.59 0.37 0.63 식생섬 × 66.34 94.43 160.77 0.70 0.41 0.59 수 변 20.05 20.38 40.43 0.98 0.50 0.50 흑

삼 릉

식생섬 ○ 45.07 26.02 71.09 1.73 0.63 0.37 식생섬 × 36.15 23.08 59.23 1.57 0.61 0.39 수 변 26.26 28.43 54.69 0.92 0.48 0.52 물

억 새

식생섬 ○ 14.76 19.42 34.18 0.76 0.43 0.57 식생섬 × 8.09 12.83 20.92 0.63 0.39 0.61 수 변 19.72 7.01 26.73 2.81 0.74 0.26 갈

대

식생섬 ○ 21.75 13.28 35.03 1.64 0.62 0.38 식생섬 × 9.03 9.29 18.32 0.97 0.49 0.51

수 변 - - - - - -

표 9. 수생 식물 생체중량과 건조중량의 차 비교 (단위：g) 생체중량과 건조중량차

생체중량 건조중량 차

부 들

식생섬 ○ 371.97 91.24 280.73 식생섬 × 428.16 101.08 327.08 수 변 289.65 52.01 237.64 줄

풀

식생섬 ○ 840.65 194.66 646.00 식생섬 × 615.90 160.77 455.13 수 변 145.71 40.43 15.28 흑

삼 릉

식생섬 ○ 266.93 71.09 195.84 식생섬 × 261.22 59.23 201.99 수 변 252.26 54.69 197.57 물

억 새

식생섬 ○ 85.10 34.18 50.92 식생섬 × 57.61 20.92 36.69

수 변 66.80 26.73 40.07

갈 대

식생섬 ○ 90.78 35.03 55.75 식생섬 × 45.96 18.32 27.64

수 변 - - -

Ⅳ. 결론 및 제언

1. 결론

본 연구는 최근 수변 경관향상, 수생 생태계 형성, 호안 침식 방지, 수질 정화 등 다양한 용 도로의 활용이 예상되는 인공 식생섬에 식생을 도입하기 위한 기초연구로서 수생 식물의 생장 특성을 고찰하는 것을 목적으로 수행하였다.

실험과정을 거쳐 도출한 결론은 다음과 같다.

1. 식물지지체 차이에 따른 수생 식물의 생육 특성을 보면 천연솜과 코이어매트에서 모 두 생존율 100%로 수생 식물의 생육에 적 합한 것으로 나타났다. 따라서, 상대적으 로 저렴한 천연솜의 사용도 무난할 것으로 판단된다.

2. 천연솜과 코이어매트 식물지지체에서 수 생식물별 줄기부의 생장량을 비교하면 전 반적으로 천연솜에서의 생장이 왕성한 것 으로 나타났으며(6케이스), 이중 부들은 코 이어매트에서, 흑삼릉과 물억새는 천연솜 매트에서 보다 생장이 왕성하게 나타났다.

따라서, 흑삼릉과 물억새를 사용할 경우

인공섬 수생식물 생육특성에 관한 연구

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불어 생장량에서도 효과를 거둘 수 있을 것으로 판단된다.

3. 줄기부를 제거한 식물과 줄기부를 존치시 킨 식물 간의 줄기부와 뿌리부 생장량을 비교했을 때 줄기부를 제거한 쪽이 보다 왕성한 생육을 나타냈다.

4. 식생섬에서 생육된 수생식물과 수변에서 생육된 수생 식물의 줄기부 생장량을 비교 했을 때 식생섬에서 생육된 식물의 줄기부 가 보다 생장량이 큰 것으로 나타나 수생 식물 식재를 위해 사용된 배양토가 식물 생장에 영향을 준 것으로 파악되었다.

5. 식생섬에서와 수변에서의 수생 식물 생체 량을 비교했을 때 식생섬에서의 생체량이 큰 것으로 나타났다. 따라서, 인공식생섬 의 경관향상 효과가 상대적으로 더 좋다고 할 수 있다.

2. 연구의 한계 및 장래 연구방향

본 연구는 1년간에 한하여, 한정된 시료 개 수를 대상으로 하고 있기에 향후 현장 적용을 위한 식재 가이드라인 도출을 위해서는 보다 많은 실험 케이스를 통해 통계적으로 유의미한 수생 식물별로 적합한 생육 기반재를 탐색하는 작업이 추가되어야 할 것이다. 또한 배양토가 식물 생육에 영향을 미치는 것으로 여겨지기에

수생 식물의 조기 활착을 위한 적정 배양토 조 성물에 대한 연구도 함께 진행되어야 할 것으 로 사료된다. 또한 수질 정화를 목적으로 식생 섬을 도입할 경우 배양토가 수질에 미치는 영 향도 함께 고려되어야 할 것으로 사료된다. 식 생섬이 놓여지는 장소가 호수가 아닌 유수지일 경우 이를 물리적으로 안정되게 고정하는 방안 도 함께 고려되어야 할 것으로 사료된다.

Ⅴ. 인 용 문 헌

廣 利雄監修. 1997. 應用生態工學序說. 信山社.

70～78, 134

寺園勝二 外. 1996. "綠の人工浮島實驗につい て? 浮かぶビオト-プを目ざして?". ダム 技術 120：35-42

長內秀孝. 1996. "水生植物の埴生基盤に關する 埴生實驗について". 多自然硏究. 5：11- 14.

中村圭吾 島谷幸宏. 1999. "人工浮島の機能と技 術の現狀". 土木技術資料 41(7)：26-31.

中村圭吾 島谷幸宏. 1995. "人工浮島による水邊 環境の保全". RIVER FRONT 24：2-5.

Naomi Kibe et al. 1999. "Structure of Planted Floating Islands for Use by Water Birds".

Proceedings IFLA ER Conference.

接受 2001年 10月 23日