현대 도시화 과정에서 녹지 감소와 불투수층 증가로 인한 도시 열섬 현상이 문제로 부상하였다. 이를 완화하기 위한 대응책으로 도시녹화 사업 및 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 저관리 경량형 도시 녹화 시스템에 대한 연구가 요구되며, 이를 위해 경량형 소재의 개발과 식물 재배에 필요한 영양분 공급, 특히 식물에게 중요한 영양 성분인 질소의 공급에 중점을 두고 있다.
<h1>서 론</h1> <p>최근 현대 사회의 도시화에 도시의 녹지가 감소하고 불투수층이 증가하고, 이에 따라 도시 열섬 현상이 발생된다. 도시 열섬현상은 시민들의 건강, 여름철 에너지 소비, 생태계 등 많은 부분에서 영향을 미치고 있다. 이러한 현상을 완화시키는 방책으로 도시녹화 사업 및 연구가 대두되고 있다. 그 중에서 도시의 부족한 공간을 활용하기 위해 옥상 녹화를 이용하고 있다. 옥상 녹화를 위해 저관리 옥상녹화 식물 소재의 적합성 및 실내온도 조절 효과와 식물 소재 모델별 표면 온도변화 영향 등에 관한 연구가 진행되고 있다. 옥상 녹화는 도시 열섬 현상을 완화시키는 중요한 역할을 하지만, 시스템 유지를 위한 경제적 비용이 많이 들고 건물에 대한 하중을 고려해야 한다는 제약이 따른다. 그에 따라 저관리 경량형 녹화 시스템에 대한 연구의 필요성이 요구되고 있다.</p> <p>저관리 경량형 도시 녹화 시스템 연구에 있어서 가장 고려해야 할 사항은 경량형 소재의 개발과 효율적인 식물 재배를 위해 필요한 영양분을 공급해 주는 것이다. 특히, 질소는 식물에게 매우 중요한 영양 성분 중 하나이다. 질소는 단백질을 구성하는 성분 중 하나로서 식물에 질소가 부족한 경우 잎의 엽록체 수가 감소하여 성장이 정상적으로 일어나지 않고, 결국 열매의 수확량이 감소하게 된다. 이러한 이유로 식물의 성장과 수확량을 높이기 위해서는 질소 비료의 사용이 불가피하다. 그러나 인공적인 질소 비료의 사용은 지하수나 수환경에 오염을 야기한다. 질소는 지구상의 대기중에 \( 78 \% \)를 차지하는 풍부한 성분이다. 하지만 대부분의 생 명체는 대기중의 질소를 바로 사용할 수 없다. 왜냐하면, 대기중의 질소는 안정적인 3중 결합으로 끊어지기 어려운 구조를 가지고 있기 때문이다. 따라서, 식물들은 질소 순환계에서 대기 중의 질소를 암모니아로 환원하는 질소 고정 과정으로 영양분으로 축적한다.</p> <p>이러한 질소 고정에 관련된 미생물을 질소고정 박테리아라 부르며, 종류로는 Azotobacter, Klebsiella, Pseudomonas, Rhodobacter 등이 있다. 질소는 그들이 가지고 있는 nitrogenase라는 효소에 의해 \( \mathrm { N } _ { 2 } \) 에서 \( \mathrm { NH } _ { 3 } \)로 환원된다. 이러한 질소고정 박테리아들의 질소고정 능력은 Acetylene Reduction Assay (ARA)에 의해 간접적으로 확인할 수 있는데, Nitro-genase는 질소에 특이적으로 작용하지 않고, 대기중 질소가 가지고 있는 삼중결합에 특이적으로 작용하여, acetylene이 ethylene으로 환원된 것을 확인함으로써 nitrogenase의 활성을 확인하는 원리를 사용한다.</p>