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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.53 No.4 pp.35-44
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2019.53.4.35

Analysis of Characteristic of Eco-vegetation Bag

Su Ii Yu1, Dong Hyeon Kim1, Hyoung Min Suh2, Dong Geun Kim3*
1Department of Ecology and Environment System, Graduate School, Kyungpook University, Sangju, 37224, Korea
2Corporation of Sangsan Technology, Sangju, 37200, Korea
3Department of Ecology and Environmental System, Kyungpook National University, Sangju, 37224, Korea
Corresponding author: Dong Geun Kim Tel: +82-54-530-1241 Fax: +82-54-530-1248 E-mail: dgkim96@knu.ac.kr
April 16, 2019 July 17, 2019 August 7, 2019

Abstract


This study was carried out to investigate characteristic of eco-vegetation bag for the efficiency of slope restoration. In order to verify the characteristics of the developed vegetation bag were carried out tensile strength test, weathering test, shear strength test and outdoor germination test was also conducted in Sangju-si to conduct outdoor germination test. As a result, the tensile strength was higher than that of conventional vegetation bags by more than 200 N. In the weathering test, eco-friendly vegetation bag showed a lower resistance than the existing vegetation bag due to a slight difference. In the shear strength test, the eco-friendly vegetation bag showed higher soil stabilization effect than the conventional vegetation bags. outdoor germination experiments, the coverage rate of tree, shrub and herbaceous plants was 70% or more. The eco-friendly vegetation bag used in this study showed excellent performance that could be used in the field, and it is considered that there is a good possibility of being used as greening and restoring materials at home and abroad. It will help the restoration project.



친환경 식생자루의 특성분석

유 수일1, 김 동현1, 서 형민2, 김 동근3*
1경북대학교 대학원 생태환경시스템학과
2(주)상산기술
3경북대학교 생태환경대학 생태환경시스템학부

초록


본 연구는 효과적인 사면복원을 위해 친환경 식생자루의 특성을 분석하였다. 경북대학교에서 개발한 친환경 식생자루와 기존에 국내에서 사용하던 론생백과 황마씨자루를 대상으로 인장강도시험, 내후성시 험, 전단강도시험을 통해 식생자루별 특성을 비교분석 하였으며, 친환경 식생자루의 현장적용가능성을 파악하기 위해 상주시 목재문화체험관 뒷 사면에 시공하여 실외발아실험을 진행하였다. 그 결과, 친환 경식생자루가 기존의 식생자루에 비해 200 N 높은 인장강도를 보였으며, 내후성시험에서는 근소한 차 이로 기존의 식생자루가 높은 저항성을 보였으나, 강도의 분포가 고르지 않은 경향을 나타냈다. 전단강 도시험에서는 친환경식생자루가 높은 토양응집력과 접촉효율을 나타내어, 현장시공 시 높은 토양안정 효과를 가져 올 것으로 판단된다. 마지막으로 실외발아실험결과, 초본, 관목, 교목 모두 70%의 높은 피 복율을 나타냈다. 따라서 친환경 식생자루가 기존의 식생자루에 비해 사면복원 및 녹화사업에 유리한 것으로 분석되었다. 본 연구는 친환경 식생자루와 기존의 식생자루의 특성을 비교함으로써 효과적인 사 면복원 방법 및 친환경 재료의 활성화에 대한 기초자료로 활용될 것으로 판단된다.



    서론

    우리나라는 6월과 8월 사이 거의 매년 집중호우 에 의한 토사재해가 발생하여 각종 토사재해가 발 생하고 있으며, 산지전용 면적도 꾸준히 증가하여 산지훼손에 대한 위험성이 증가하였다(Oh et al., 2015). 산지면적이 국토의 64%에 달하는 우리나라 의 경우 토사재해에 대한 대책마련이 중요하며, 무 너진 사면에 대한 녹화기술개발이 필요하다(MRC, 2014;Part et al., 2016).

    최근에는 사면 녹화 시 녹화재료로 유엔환경개발 회의(UNCED)에서 제기된 지속가능한 발전에 따라 친환경 재료가 집중 받고 있어 임업선진국인 미국과 일본 그리고 EU(유럽연합)에서는 비환경적 재료를 주체로 하는 사방 및 녹화사업이 환경보전차원에서 강하게 비판되고 있는 실정이나 우리나라에서는 강 도만을 강조하여 친환경적이지 못한 녹화재료로 제 작된 제품이 현재 많이 활용되고 있는 실정이다.

    이러한 측면에서 앞으로의 녹화사업은 친환경적 재료를 이용한 공법에 대한 필요성과 수요가 증가 할 것으로 판단되며 이에 대한 연구로 일본에서는 침식방지 및 수림형성을 위한 피복자재의 연구를 통하여 직포, 부직포, net, mat, grid 및 혼합토의 기능과 효과에 대한 연구를 진행하였다(Ezaki et al., 1986;1987;1988) 또한 Hayakawa et al. (1993)은 친환경 녹화자재가 초본, 목본의 생육에 미치는 영향에 대해 연구를 실시한 바 있다. 국내 에서는 Woo et al. (1993), An & Oh (2005), Jeon et al. (2005), MAFRA (2005), MRC (2012), Ryu et al. (2014)이 친환경재료를 이용하여 사방 용 식생자루 개발을 위한 연구를 수행하였으며, Jo et al. (2014)은 비친환경재료와 친환경재료에 대 한 식생도입실험을 통해 폐광지역 사면안정화 및 식생복원 연구를 수행한 바 있으나, 여전히 친환경 재료를 활용한 녹화사업의 이해연구와 이를 실용 화하기 위한 성능과 기능을 높이는 연구는 미비한 실정이다.

    따라서 본 연구는 경북대학교에서 개발한 친환경 식생자루와 기존의 식생자루들의 특성을 비교·분석 하여, 친환경 식생자루 특성검증에 대한 연구를 수 행하였으며, 다양한 훼손사면에서의 친환경재료의 활용가능성을 위한 기초자료를 제시하고자 한다.

    재료 및 방법

    1 식생자루의 특성분석

    본 연구에서는 개발된 친환경식생자루와 국내에서 사용되는 식생자루의 특성을 인장강도시험, 내후성 시험, 전단강도시험을 이용하여 비교·분석하였으며, 연구에 사용된 식생자루별 제원은 Table 1과 같다.

    식생자루는 외피와 내피로 구분되며, 국내에서 흔 히 사용되고 있는 A (론생백)와 B (황마씨자루)는 내피에 종자가 부착된 형태이다. A의 경우 외피는 PP와 PE로 구성되어 친환경적이지 않은 외관과 성 분을 지니고 있으며, 외피는 화장지로 제작되어 있 다. B 또한 외피는 황마로 제작되어 있으나, 내피는 화장지로 구성되어 있다. 내피가 화장지로 구성되어 있을 경우, 시공 과정에서 흙 채움 단계 시 화장지 가 찢어져 형태를 유지하지 못하거나, 종자가 유실 되는 문제가 발생하고 있으며, 종자 발아 측면에서 도 충분한 수분환경 조성이 불가하여, 종자발아에 불리한 환경을 지니게 만든다. 이에 따라 개발품인 C는 외피를 4 mm의 황마를 사용하여 기존의 식생 자루에 비해 인장강도를 높였고, 10 mm의 두꺼운 친환경 부직포를 사용함으로써 유리한 수분환경 조 성 및 토양 충진 시 찢어짐을 방지할 수 있도록 제 작하였다.

    1.1 인장강도시험

    식생자루의 구조적 견고성을 알아보기 위해 국제 공인시험연구원인 한국건설생활시험연구원에서 인장 강도시험(tensile strength test)을 진행하였다. 시 험방법은 grab법(KS K 0743)으로 진행하였으며, 시험에 사용된 시편은 위사, 경사 방향을 구분하여 10 cm (가로) × 20 cm (세로)로 통일하여 제작하 였고, 시편별 각 10회씩 시험하여 평균값을 분석하 였다(Fig. 1).

    1.2 내후성시험

    섬유로 이루어진 식생자루의 경우 자외선이 식생 자루의 섬유변형을 일으켜 인장강도에 가장 많은 영 향을 준다(Jeon et al., 2004;Koo et al., 2014). 따라서 자외선 노출 이후 식생자루별 인장강도의 변 화를 알아보기 위하여 국제공인시험연구원인 FITI 시 험연구원(Friend of Industry Technology Information) 에 의뢰하여 내후성시험(weathering test)을 진행 후, 인장강도시험을 각 10회씩 진행하였다(Table 2).

    미국 AASHTO M288-96의 토목합성재료의 내 후성 평가 권장안인 ASTM D4355는 자외선과 가 장 유사한 파장을 지닌 Xenon-Arc 광원을 사용하 여 건조, 습윤 등 제품의 사용 환경을 고려한 시험 조건을 설정하여, 섬유의 내후성을 시험하는 방법 이다. 건조 및 습윤 사이클과 노출시간, 총 광량은 정해진 시험규격에 따라 진행하였다.

    1.3 전단강도시험

    식생자루별로 지반의 강도정수에 미치는 영향을 알아보기 위하여 직접전단시험기를 이용하여 전단 강도시험을 자루별 3회 실시하였다. 전단강도시험 에서 사용된 토양은 SW 마사토를 사용하였으며, 현장 들밀도 시험을 통해 얻은 건조단위중량을 토대 로 최적함수비(optimum moisture content; OMC) 를 산출하여 전단 상자(가로 30 cm × 세로 30 cm × 높이 10 cm = 부피 0.009 m3)에 시료를 조성 하였다(Table 3).

    시료조성 후 토양과 식생자루의 충분한 압밀이 이 루어질 수 있도록 3단계(100 kpa, 200 kpa, 300 kpa)의 압밀시험을 10분 실시하였으며, 압밀시험 이 후 변형률 제어방식으로 2 mm/min의 수평변형속도 로 상부 전단상자를 고정시키고 하부 전단상자가 전 체전단변위(300 mm)의 15%인 수평변위 45 mm에 도달하였을 때 전단강도시험을 종료하는 방식으로 시험을 실시하였다(Table 4).

    2 식생도입시험

    경북 상주시 은척면 성주봉로 41 한방단지 내 목 재문화체험관 뒷 사면에 C를 설치하여 초본 12종, 교목 5종, 관목 1종으로 구분하여 총 18종의 국산종 자를 파종하였다(Fig. 2).

    시험시공은 2018년 4월에 사면을 정리하고 정리 된 사면에 누구침식을 최소화하며 식생자루를 안 정적으로 위치하기 위하여 5 cm × 5 cm의 철망을 설치하고, 그 위에 C (개발품)를 지면과 접촉하도 록 설치하였다. C의 내부충진제는 현장토양과 종자 를 섞어 조성하였으며, 종자비율은 자루 당 25 g을 교목(20%), 관목(20%), 초본(60%)의 비율로 식생 도입시험(Vegetation planting test)을 실시하였 다(Table 5). 식생도입 후 5월에 발아율을 조사하 고, 6월과 10월에 생존율 조사를 2번 실시하였다.

    결과 및 고찰

    1 식생자루별 특성

    1.1 인장강도시험결과

    한국건설생활시험연구원에서 실시한 인장강도시험 결과는 Table 6과 같다.

    시험결과 A (론생백)의 인장강도가 평균 308.6N, B (황마씨자루)는 234.3N, C (개발품)가 519.7 N으 로 C의 인장강도가 가장 높은 수치를 보였다. A의 경우 경사방향과 위사방향의 인장강도 수치가 심한 격차를 보였다. B는 경사, 위사방향 모두 200 N이 상으로 고른 수치를 보였으나, C에 비해 현저히 낮 은 수치를 나타내었다. C는 4 mm의 두꺼운 황마를 균일한 직물구조로 제작하였으며, 특히 내피가 부직 포로 제작되어 있는 반면 A와 B는 내피가 화장지로 구성되어 있어 10 N의 작은 힘에도 찢어져, C에 비 해 낮은 인장강도를 나타낸 것으로 분석되었다. 또 한 내피 부착형인 A와 B는 토양충진 시 내피(화장 지)가 찢어짐에 따른 종자 및 토양 유실이 발생하였 으며, 작업의 유연성에 장애를 가져올 수 있을 것으 로 판단된다.

    1.2 내후성시험결과

    ASTM D4355규격으로 FITI 시험 연구원에서 식 생자루별로 150시간 동안 내후성시험 후 인장강도시 험을 실시한 결과 A는 166.9 N, B는 112.2 N, C가 평균 168.3 N으로 A가 가장 높은 인장강도를 보였 다(Fig. 3). A의 외피는 P.P와 P.E로 구성되어 있 으며, 직물구조가 매우 촘촘하여 B와 C에 비해 높 은 내후저항성을 나타낸 것으로 분석된다. C의 경우 A보다 낮은 수치를 나타내었으나, 경사와 위사방향 에서 모두 고른 수치를 보였으며, 두꺼운 황마와 부 직포가 충분한 내후저항성을 보인 것으로 판단된다.

    1.3 전단강도시험결과

    식생자루별로 전단강도시험을 실시한 결과 모두 수직하중이 증가함에 따라 전단응력이 증가하였다. 또한 인장강도 및 인장신도에 따라 전단응력에 영향 을 줄 것으로 판단하여 각 수직하중에 대한 전단강 도 및 변위를 살펴본 결과, 100 kpa 수직하중에서 모든 식생자루는 흙에 비해 낮은 전단 응력을 보이 다가 수평변위 10%를 기점으로 높은 전단응력 수치 를 나타냈으며, 200 kpa에서는 A, B, C 모두 토양 보다 높은 전단응력을 나타냈다(Fig. 4).

    300 kpa에서는 A가 토양에 비해 낮은 전단응력 을 보였으며, B와 C는 수직하중이 증가함에 따라 전단응력 또한 증가하는 경향을 보였고, B의 전단응 력은 토양과 동일한 수치를 나타냈다. 개발품인 C는 A와 B에 비해 높은 전단응력을 나타냈다(Fig. 5).

    이러한 결과는 식생자루별 인장강도와 외피의 거 칠기가 상이하여 나타난 것으로 판단되며, C가 가장 높은 접촉효율(contact efficiency)과 내부마찰각을 나타냈다(Table 7).

    Kim et al. (2006)에 따르면 토목섬유로 주로 사 용되는 재료인 부직포의 경우 E∅ = 0.920, EC = 0.699의 접촉효율을 보이는 것과 비교하였을 때, B 와 C는 상당히 높은 접촉 효율을 보이는 것으로 판 단되며, 큰 변형을 요구하는 구조물 또는 급경사지 에는 A보다 B와 C가 변형에 대한 저항성을 증가시 킬 것으로 판단되나, 인장강도를 고려하였을 때 C가 가장 좋을 것으로 판단된다.

    따라서 식생자루별로 특성검증을 비교·분석한 결과 C(개발품)가 A와 B에 비해 내구성이 우수하 였으며, 높은 경사에서의 활용이 가능할 것으로 분석되었다. 식생자루를 현장에서 적용할 때에 자루 의 구조적 견고성은 시공의 편의성과 시공이후의 자 루 및 사면 내구성에 큰 영향을 미치므로(MAFRA, 2005), C가 가장 유리한 조건을 가진 것으로 분석 되었다.

    2 식생도입시험결과

    자생식물 18종의 종자를 이용한 식생도입시험 결과, 교목에서는 상수리나무가 95.7%의 높은 발 아율을 보였으며, 10월 생존율에서도 82.5%로 가 장 높은 수치를 나타냈다. 싸리의 경우 발아율과 5월 생존율에서는 90%이상으로 높았으나 10월 생 존율 조사에서는 53.7%로 크게 감소하였다. 초본 에서는 비수리가 가장 높은 생존율과 발아율을 보 였으며, 구절초의 경우 32.7%의 낮은 발아율과 생 존율이 크게 감소하는 경향을 보였다(Table 8). 일 부 식물종에서 나타난 50%이하의 낮은 발아율은 종자의 정선과정에서 충실한 종자의 확보가 어려 웠던 것으로 판단된다.

    결과적으로 교목, 관목, 초본 모두 발아율 및 초 기 생존율은 우수하였으나, 시간경과에 따라 생존율 의 경우 감소하는 경향을 보였으며, 피복율이 75% 이상이고, 타 식생자루와 달리 교목과 관목의 도입 이 가능하였다. 특히 소나무, 가중나무, 상수리나무 등의 교목성 종자를 적용하여도 높은 피복율과 안정 적인 식생의 도입이 가능하며, 교목성 종자의 도입 과정에 필요한 환경의 안정성 부분은 관목성 종자와 초본성 종자의 도입을 통하여 이룰 수 있을 것으로 판단된다. 즉, 장기적인 식생의 도입의 흐름은 교목 성 식물의 안정화를 위하여 관목성과 초본성 식물의 종자칩을 도입함으로서 가능할 것으로 판단된다. 또 한 Jeon et al. (2004)K-water (2014)이 사면 녹화를 통한 식생도입시험에 비해 초기 발아율 및 생존율이 높은 것으로 분석되었다. 이는 C의 친환경 부직포가 수분환경을 잘 조성하고, 투수성과 통기성 이 좋은 황마가 발아 및 생존에 영향을 준 것으로 판단된다. 일반적으로 종자의 형태와 크기가 비교적 큰 종자들에서는 발아율과 활착율이 높으며 안정적 인 피복율을 확보할 수 있었으나 종자가 매우 적은 미세소립 종자에 있어서는 종자발아율이 낮게 나타 나며 피복율도 낮았다. 이를 위하여 내피를 매트형 태로 하는 것이 미세소립종자도 안정적으로 보전할 수 있는 방법이 될 수 있을 것으로 생각되며 발아에 필요한 수분보습 효과를 높이기 위하여 충전제에 흡 습제등의 보강제 사용과 함께 내피에 적절한 보습효 과를 보강할 필요가 있는 것으로 판단된다. 따라서 C에 대한 식생도입효과는 장기적인 모니터링을 통 한 정확한 분석이 필요할 것으로 판단된다.

    본 연구는 식생도입시험에서 장기적인 모니터링이 아닌 초기발아 및 생존율을 제시하였으며, 연구대상 지가 협소한 한계를 지녔다. 이에 따라 추후 장기적 인 모니터링 자료 수집 및 다양한 시공현장에 활용하 여 친환경재료의 사면녹화 효과성에 대한 데이터 축 적 및 관련 연구가 이루어져야 할 것으로 판단된다.

    Figure

    JALS-53-4-35_F1.gif

    Width and slope direction of vegetation bag.

    JALS-53-4-35_F2.gif

    Study site.

    JALS-53-4-35_F3.gif

    Result of weathering test.

    JALS-53-4-35_F4.gif

    Result of shear strength test (100 kpa, 200 kpa).

    JALS-53-4-35_F5.gif

    Result of shear strength test (300 kpa).

    Table

    Specification of vegetation bag

    Method of weathering test

    Characteristic of soil

    Method of shear strength test

    Seed type of vegetation planting test

    Result of tensile strength test

    Result of shear strength test

    Result of vegetation planting test

    Reference

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