Wurzeln sind lenkbar!

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1 Wurzeln sind lenkbar! Ergebnisse eines zehnjährigen Forschungsvorhabens zur Optimierung des Wurzelraumes von Bäumen in Straßen Dr. Clemens Heidger Kurzfassung Ein vom Bundesminister für Verkehr gefördertes und am Institut für Grünplanung und Gartenarchitektur der Universität Hannover bearbeitetes Forschungsvorhaben Bäume in Stadtstraßen mit einer Gesamtlaufzeit von über 1 Jahren hatte die Entwicklung und Erprobung von vegetationstechnischen und bautechnischen Maßnahmen zur Optimierung des Wurzelund Standraumes von Bäumen in Stadtstraßen zum Ziel. Nicht der Mangel an Wasser sondern an Bodenluft ist der wachstumsbegrenzende Faktor für die Wurzelausbreitung. Durch dauerhafte und tiefreichende Belüftungsmaßnahmen ergibt sich die Gelegenheit, Stadtstraßen als erweiterten potentiellen, d.h. durchwurzelbaren Standraum von Stadtbäumen technisch nutzbar zu machen. Die Wurzeln von Straßenbäumen sind damit lenkbar und ihre Ausrichtung vorhersehbar. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass durch die gezielte Anordnung von großdimensionierten Belüftungskörpern biologisch inaktive, dicht gepresste Bodenhorizonte sowohl in der Fläche als auch in der Tiefe aktiviert und erschließbar gemacht werden können. Aus der Reaktion der Wurzelarchitektur auf alle 4 beurteilten Varianten war der Einfluss aus der ventilierenden Wirkung der Maßnahmen auf die Bodeneigenschaften und damit auf das Tiefenwachstum ersichtlich. Damit ist nachgewiesen worden, dass durch den Einsatz von Belüftungsmaßnahmen das Wurzelwachstum gezielt geleitet werden kann. Eine sichtbare Wirkung ergibt sich sowohl bei schwächer bindigen schluffigen Sandböden, als auch bei stärker bindigen Lehm- und sogar bei stark bindigen Tonböden. Nicht durchwurzelbar sind dagegen künstlich aufgebrachte Füllböden. Von wesentlicher Bedeutung ist die Tatsache, dass sich die Wirksamkeit der Maßnahme bei allen 3 Baumarten eingestellt hat. Die Aufgrabungen am Wurzelsystem von Bäumen in Stadtstraßen haben ein Defizit bei der Humus-Versorgung bestätigt. Entgegen allen bisherigen Annahmen wurden organische Bodenbeimengungen in jeglicher Form auch in größerer Tiefe von den Wurzeln erschlossen. Bei zukünftigen Forschungsarbeiten gilt es daher, verstärkt der Frage nach der Anwendbarkeit von organischer Substanz in großen Bodentiefen und in schwer abbaubarer Form als Depotdüngung für Straßenbäume in unterversorgten Straßenböden nachzugehen.allerdings ist die Wirksamkeit einer verbesserten Nährstoffversorgung nur bei Bodenbelüftung gegeben. Durch Belüftungsmaßnahmen in der Fläche und in der Tiefe verliert die oberirdische Wasserversorgung über die Baumscheibe, die nach wie vor in der Diskussion über die erforderliche Baumscheibengröße als Rechtfertigung im Vordergrund steht (HÖSTER 1993), an Bedeutung. 1

2 1. Problemstellung Unseren Straßenbäumen geht es schlecht. Ihr Lebensraum ist ständig bedroht. Die Bedingungen, denen sie ausgesetzt werden, sind katastrophal und kaum noch zu beschreiben. Sie werden besägt, beschnitten, besengt, gestoßen, gerissen, gepökelt, begast und bepinkelt. Dass sie dennoch überleben, grenzt fast schon an ein Wunder. Für Jedermann ist es ersichtlich, dass diese Stressoren - kurz oder lang - zu einer Verschlechterung des Gesundheitszustandes der Bäume führen. Betroffen davon sind Bäume aller Altersstufen. Die Folge ist eine drastische Abnahme der Lebenserwartung. Ebenso davon betroffen ist die Stand- bzw. Verkehrssicherheit. Ein gesunder Baum - bald nur noch ein Traum? Trotz des allgemeinen Erkenntnisstandes, dass die Größe von Baumgruben und die Beschaffenheit von Baumsubstraten im allgemeinen unzureichend erscheint, und ungeachtet der Tatsache, dass ein geltendes Regelwerk über Standraumabmessungen von Stadtbäumen vorliegt und somit Baumgrubengröße und Beschaffenheit der Pflanzgrube eigentlich vorgeschrieben sind (was aber keinerlei Beachtung findet und ständig übergangen wird) nimmt der Gesundheitszustand und damit die Lebenserwartung von Bäumen in Stadtstraßen ständig ab. Ein vom Bundesminister für Verkehr seit 1989 gefördertes Forschungsvorhaben Bäume in Stadtstraßen, das vom Institut für Grünplanung und Gartenarchitektur bearbeitet wird, hat die Entwicklung und Erprobung von vegetationstechnischen und bautechnischen Maßnahmen zur Optimierung des Wurzel- und Standraumes von Bäumen in Stadtstraßen zum Ziel. Das Forschungsvorhaben Bäume in Stadtstraßen hatte eine Gesamtlaufzeit von über 1 Jahren und wurde aus verfahrenstechnischen Gründen in zwei Teilen durchgeführt. 2. Aufgabenstellung und Zielsetzung Beeinträchtigungen des Pflanzenwachstums, die sich aus den Vorgaben und Bedingungen des Straßenbaus und der Tiefbautechnik ergeben, sollen minimiert werden. Durch bautechnische Maßnahmen soll eine Vergrößerung des belüfteten und damit durchwurzelbaren Bodenvolumens sowohl in der Fläche als auch in der Tiefe erreicht werden, um eine dauerhafte Entwicklung der Bäume zu gewährleisten. Dabei wird von Feststellungen ausgegangen, die zeigen, dass die Bäume in unterschiedlichem Maße befähigt sind, ihr artspezifisches Wurzelsystem auf nicht verdichtete und gut belüftete Zonen im Boden auszurichten. Ausgehend von der Erkenntnis, dass nicht der Mangel an Wasser sondern an Bodenluft der wachstumsbegrenzende Faktor für die Wurzelausbreitung ist und dass die Baumwurzeln alle ausreichend durchlüfteten Zonen nutzen, die in Verbindung mit bautechnischen Maßnahmen verblieben sind, ergibt sich die Gelegenheit, Stadtstraßen als erweiterten potentiellen, d.h. durchwurzelbaren Standraum von Stadtbäumen technisch nutzbar zu machen, so dass ihre Lebenserwartung trotz der Vielzahl externer entwicklungshemnmender Einflüsse deutlich heraufgesetzt wird. 2

3 3. Untersuchungsprogramm und Vorgehensweise Das Forschungsvorhaben umfasst bei 8 Bauweisen-Varianten in mindestens 3-facher Wiederholung 3 ausgewählte Baumarten und 5 Versuchsstandorte an Straßenneubau- oder Umbaustrecken in den Städten Hannover und Münster, insgesamt 122 Einzelbaumstandorte. Die Untersuchungen konzentrieren sich auf Baumscheibenpflanzungen, bei denen extreme Standortbedingungen vorliegen. Sie umfassen 8 Bauweisen für die Belüftung in der Fläche in Form einer luftführenden Tragschicht oder als linear geführte Belüftungsgräben sowie die Tiefenbelüftung durch vertikal geführte Belüftungsbohrungen. Erprobt wurden die entwickelten Bauweisen an den Baumarten Eiche, Esche und Linde sowohl auf Standorten mit stärker bindigen als auch schwächer bindigen Untergrundverhältnissen. Zur Freilegung der Wurzeln wurden an ausgewählten Varianten im versiegelten Pflanzgrubenseitenraum eines Baumes, außerhalb der Pflanzgrube Aufgrabungen durchgeführt. Ein definierter Bodenblock wurde dazu schichtweise abgetragen und an den freigelegten Wurzeln Durchmesser, Anzahl, Masse und Länge erfasst. Die Durchführung geschah ausschließlich in Handarbeit. An Geräten konnten nur Handkratzer und kleine Handschaufeln verwendet werden, da möglichst wurzelschonend vorgegangen werden musste. Auf diese Weise wurde die Wurzelarchitektur von 52 Versuchsbäumen erfasst. 4. Untersuchungsergebnisse 4.1 Untersuchungen an Spross und Blatt Eine visuelle Beurteilung der Bäume und des Vitalitätszustandes der Belaubung bestätigen den guten Entwicklungszustand und das Wachstum aller Bäume. Zur Beurteilung des Zuwachses am Sprosssystem wurden die Ergebnisse aus den Messungen der Jahre 1989 bis 1998 für die Gesamthöhe, den Kronendurchmesser und den Stammumfang ausgewertet. Auswirkungen unterschiedlicher Bauweisen sind nicht festzustellen. Der Nachweis, dass eine der erprobten Belüftungsmaßnahmen speziell eine Baumart begünstigt und zu einem stärkeren Wachstum anregt, konnte nicht erbracht werden. Wie zu erwarten, sind dazu die Auswirkungen der Untergrundverhältnisse zu nachhaltig. 4.2 Untersuchungen am Wurzelsystem Bauweise 1 (Kontrolle) Die in Darstellung 1 wiedergegebenen Untersuchungsergebnisse belegen, dass es unabhängig von den Bauweisen-Varianten, den Bodenverhältnissen am Standort und von den spezifizierten Eigenschaften der Baumarten immer zu einem Herauswurzeln aus der Pflanzgrube gekommen ist. Hierzu kann als Ergebnis festgehalten werden, dass der im Regelfall für Bäume zur Verfügung gestellte Pflanzgrubenraum bei einer durchschnittlichen Pflanzgrubengröße von 2, x 2, m und einer Tiefe von 1,2 m vollkommen unzureichend ist. 3

4 Abbildung 1: Entwicklungszustand von Tilia x intermedia Pallida` (Gesamthöhe 553 cm, StU. 24 cm) bei Variante 3C im ersten Standjahr im September 1991 am Versuchsstandort Hildesheimer Straße in Hannover. Abbildung 2: Entwicklungszustand von Tilia x intermedia Pallida` (Gesamthöhe 885 cm, StU. 62 cm) bei Variante 3C im neunten Standjahr im September 1999 am Versuchsstandort Hildesheimer Straße in Hannover. 4

5 Zum Herauswurzeln nutzen die Baumwurzeln in der Hauptsache Grobporenräume. Generell kommt es im Kontaktbereich zwischen Baumsubstrat und umgebenden dichtlagernden Stadtboden aber zu einer Zunahme an Fein- und Mittelporen zu Lasten der Grobporen, was eine höhere Dichte bewirkt, den Eindringwiderstand heraufsetzt und den zu leistenden Energieaufwand der Baumwurzeln erhöht. Eine verminderte Wuchsentwicklung ist dann immer die Folge. Bei vegetationstechnisch geeigneteren Bodenverhältnissen außerhalb der Pflanzgrube erschließen die Wurzeln sehr schnell diese Bereiche und verlassen die Pflanzgrube an den Stellen, wo der geringste Widerstand besteht. Darstellung 1: Bauweise 1 Pflanzgrube 3 m 3 als Kontrolle in schematischer Darstellung; Einwurzelungen bei einem Bodenvolumen von ca. 3 Kubikmeter. Darstellung 2 siehe Folgeseite Daher erfolgt das Wurzelwachstum hauptsächlich entlang von alten oder noch intakten Versorgungsleitungen sowie grobporenreichen mineralischen Bodenschichten. Die Lage der Versorgungsleitungen und die Beschaffenheit des umgebenen Füllmaterials entscheiden darüber, ob und an welcher Stelle und in welcher Bodentiefe es zu Wurzelaustritten kommt. Die Aufgrabungen haben gezeigt, dass Baumwurzeln durch Versorgungsleitungen nicht beeinträchtigt werden. Im Gegenteil ist davon auszugehen, dass sie zum Schutz der Wurzeln beitragen. Die Leitungen sind in der Regel von einem mineralischen Schüttstoff umgeben, der im Vergleich zum umgebenden Füllboden über ein günstiges Porenvolumen verfügt. Besonders unterhalb der Leitungen ist eine erhöhte Durchwurzelung festzustellen, die auf eine veringerte Einbauverdichtung und damit geringere Lagerungsdichte zurückzuführen ist. Die Untersuchungen am Wurzelsystem haben darüber hinaus ergeben, dass die Erschließung des Bodens nicht ausschließlich von der Größe des Porenraums abhängt, sondern weitere Möglichkeiten zur Wurzelausbreitung genutzt werden. Ein Anstieg der Durchwurzelungsintensität war immer bei organischen Bodenbeimengungen, alten Wurzeln oder Wurzelresten sowie in noch intakten Wurzelkanälen gegeben. 5

6 Tiefe in cm -4 Wurzeldurchmesser < 5 mm 5-3 mm > 3 mm Abstand vom Pflanzgrubenrand in cm > n.b.* 52 1 n.b n.b n.b 4 n.b. n.b öß Wurzeln nicht erhoben. Darstellung 2: Anzahl der Wurzeln in räumlicher Verteilung von Tilia x intermedia Pallida` bei Grubengröße 3 m 3. Variante 1D Süd am Versuchsstandort Hildesheimer Straße in Hannover. 6

7 Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass es bei allen untersuchten Varianten der Bauweise 1 unabhängig von den Untergrundverhältnissen und der Baumart zu Wurzelungen aus der Pflanzgrube heraus gekommen ist. Die Wurzelausbreitung erfolgte entweder durch Erschließung der Grobporen nach dem Prinzip des Kleinsten Widerstandes oder durch Erschließung der Mittelporen unter höchstem Energieaufwand. Das Vorhandensein von größeren Poren ist für die Wurzelausbreitung somit von entscheidender Bedeutung. Abbildung 3: Wurzelaustritte unter der Randeinfassung im Schutz der Betonbettung aufgrund geringerer Dichtlagerung. Variante 1D Nord am Versuchsstandort Im Heidkampe in Hannover. Abbildung 4: Einwurzelungen in ein Pappel-Kantholz am Versuchsstandort Hildesheimer Straße in Hannover. 7

8 Bauweise 3 Eine Beurteilung der Untersuchungsergebnisse über den Einfluss der Flächenbelüftung wird beispielhaft für alle Varianten aus der Darstellung 3 und 4 deutlich. Infolge der Flächenbelüftung ist der umgebende Boden sowohl vertikal als auch horizontal als erweiterter Wurzelraum erschlossen worden. Die maximale Durchwurzelungstiefe beträgt 16 cm, die seitliche Ausdehnung erreicht Distanzen von > 3 cm. Darstellung 3: Darstellung 4: siehe Folgeseite siehe übernächste Seite Voraussetzung für eine vertikale und horizontale Wurzelausdehnung ist die Erreichbarkeit von durchwurzelbaren Bodenzonen. Wird diese unterbunden, etwa durch Isolation, die im allgemeinen von undurchwurzelbaren Sandkörpern ausgeht, bleibt die Wirkung der Maßnahme auf die oberflächennahen Zonen beschränkt. Vermutlich ist es der Nährstoffhaushalt, der ein Einwurzeln in einen deutlich unterversorgten Sand verhindert und einen physiologisch günstigen Unterboden nahezu hermetisch von der bewurzelungsintensivsten Zone abschirmt. Diese Gefahr ist bei der Flächenbelüftung hoch. Charakteristisch für eine derartige Situation ist das Wurzelbild in Abbildung 5 am Versuchsstandort Angelstraße in Münster auf Lehmboden. Der nur ca. 15 cm dicke Sandkörper, der den Anschluss zum örtlichen anstehenden sedimentären Mineralboden darstellt, weist keinerlei Durchwurzelungen auf. Abbildung 5: Trennung der Wurzelhorizonte bei der Flächenbelüftung durch einen Füllsandkörper. Variante 3A Süd am Versuchsstandort Angelstraße in Münster. 8

9 Tiefe in cm -4 Wurzeldurchmesser < 5 mm 5-3 mm > 3 mm Abstand vom Pflanzgrubenrand in cm > n.b.* n.b n.b n.b n.b. n.b ä ü nicht erhoben. Darstellung 3: Anzahl der Wurzeln in räumlicher Verteilung von Fraxinus excelsior Westhof`s Glorie` bei Flächenbelüftung. Variante 3A Nord am Versuchsstandort Loddenheide in Münster. 9

10 Tiefe in cm -4 Abstand vom Pflanzgrubenrand in cm > ,8 125,3 8 71,1 6 38, n.b.* 248,9 612,7 161,6 233,6 1,5 7,6 71, , n.b. 29, n.b. 3,8 3, n.b. n.b. n.b ä ü nicht erhoben. Darstellung 4: Wurzelmasse in Gramm Trockensubstanz in räumlicher Verteilung von Fraxinus excelsior Westhof`s Glorie` bei Flächenbelüftung. Variante 3A Nord am Versuchsstandort Loddenheide. 1

11 Darstellung 5: Bauweise 3 Flächenbelüftung in schematischer Darstellung; Einwurzelungen in die luftführende Tragschicht im Geh- und Radwegbereich. Zusammenfassend kann für diese Bauweise festgehalten werden, dass unter dem Einfluss einer luftführenden Tragschicht der Pflanzgrubennebenraum viel leichter, d.h. mit einem erheblich geringeren Energieaufwand erschlossen werden kann, als bei der konventionellen Pflanztechnik. Außerdem hat sich gezeigt, dass die Länge des räumlich erschlossenen Seitenraumes weit größer ist, als bisher angenommen wurde. Bauweise 4 Wie nachgewiesen werden konnte, führt ein grabenförmiger Belüftungskörper immer zu einer deutlich feststellbaren Reaktion. In sämtlichen Fällen wird der Pflanzgrubenseitenraum erschlossen und immer beginnen die Durchwurzelungen in der Kontaktflächenzone zum Belüftungsgraben. Ein maßgeblicher Faktor ist aber die Erreichbarkeit der ventilierenden Schotterschicht des Grabens. Entscheidend ist daher der präzise Anschluss an die Pflanzgrubenwand. Darstellung 6: Darstellung 7: siehe Folgeseite siehe übernächste Seite Wie die Darstellungen 6 und 7 veranschaulichen, beginnt die laterale Erschließung des Bodenraumes ab einer Tiefe von > 4 cm und endet bei 16 cm. Der durchwurzelbare Raum erstreckt sich somit über 4 Tiefenzonen. Die bewurzelungsintensivste Zone ist der Sohlbereich des Belüftungsgrabens. Die seitliche Ausdehnung erstreckt sich über eine Länge von > 3 cm. 11

12 Tiefe in cm -4 Wurzeldurchmesser < 5 mm 5-3 mm > 3 mm Abstand vom Pflanzgrubenrand in cm > n.b.* n.b n.b n.b n.b. n.b ü ä Wurzeln nicht erhoben. Darstellung 6: Anzahl der Wurzeln in räumlicher Verteilung von Tilia x intermedia Pallida` bei Grabenbelüftung, längs. Variante 4B Nord am Versuchsstandort Angelstraße in Münster. 12

13 Tiefe in cm -4 Abstand vom Pflanzgrubenrand in cm > ,2 6, n.b. 895,9 13,2 n.b. 81,9 294,6 22,4 111,9 13,6 93,6 n.b. 53,2 34,8 3,3 22, 8,8 n.b. n.b. 2 n.b ü ä Wurzeln nicht erhoben. Darstellung 7: Wurzelmasse in Gramm Trockensubstanz in räumlicher Verteilung von Tilia x intermedia Pallida` bei Grabenbelüftung, längs. Variante 4B Nord am Versuchsstandort Angelstraße. 13

14 Darstellung 8: Bauweise 4 Grabenbelüftung, längs in schematischer Darstellung; Einwurzelungen in den Belüftungsgraben zwischen den Pflanzgruben. Abbildung 6: Variante 4B Nord zeigt intensive Seitenverzweigungen zu den Grabenrandbereichen. Versuchsstandort Angelstraße in Münster. Bauweise 6 Darstellungen 9 und 1 veranschaulichen exemplarisch die Ergebnisse bei Tiefenbelüftung unter der Pflanzgrube. 14

15 Tiefe in cm -4 Wurzeldurchmesser < 5 mm 5-3 mm > 3 mm Abstand vom Pflanzgrubenrand in cm > n.b.* 4 n.b Darstellung 9: Anzahl der Wurzeln in räumlicher Verteilung von Tilia x intermedia Pallida` bei Tiefenbelüftung unter der Pflanzgrube. Variante 6B Nord am Versuchsstandort Angelstraße in Münster. 15

16 Tiefe in cm -4 Abstand vom Pflanzgrubenrand in cm > , n.b.* n.b ,8 497,5 27,2 116, ,9 173, ,5 * n.b. = nicht bestimmt; 1,3 Darstellung 1 Wurzelmasse in Gramm Trockensubstanz in räumlicher Verteilung von Tilia x intermedia Pallida` bei Tiefenbelüftung unter der Pflanzgrube. Variante 6B Nord am Versuchsstandort Angelstraße. 16

17 Wie bereits bei der Grabenbelüftung nachgewiesen werden konnte, führt ebenso die Tiefenbelüftung immer zu einer deutlichen Reaktion am Wurzelsystem des Straßenbaumes. In sämtlichen Fällen kommt es zu einer Abänderung des Wurzelsystems. Infolge der punktuellen Tiefenbelüftung kommt es zu einer Umkehrung des artspezifischen Wurzelwachstums. Unter normalen Bedingungen wächst die Hauptwurzel geotrop, während die Seitenwurzel sich schräg oder horizontal im Boden ausbreitet. Aufgrund der anatomischen und morphologischen Flexibilität können sich aber die Baumwurzeln der kleinräumigen Heterogenität der luftführenden Bodenschichten anpassen. Diese ausgeprägte morphologische Verschiedenartigkeit ist Ausdruck der beeinflussenden Bauweise. Eine Einschätzung der Wirksamkeit ventilierender Tiefbohrungen ergibt sich aus den Darstellungen 9 und 1 sowie der Abbildung 7. Die räumlich-vertikale Wurzelausdehnung erstreckt sich über 4 Tiefenzonen. Die maximale Wurzeltiefe beträgt 27 cm und entspricht der Tiefe des Belüftungskörpers. Der Nachweis für den Zusammenhang zwischen der maximalen Wurzeltiefe und der Tiefenbelüftung ist dadurch erbracht. Darstellung 11: Bauweise 6 Tiefenbelüftung in schematischer Darstellung; Einwurzelungen in die Belüftungsbohrungen unter der Pflanzgrube. 17

18 Abbildung 7: Wurzelverzweigungen zwischen den Tiefbohrungen in cm Tiefe bei Variante 6B Nord am Versuchsstandort Angelstraße in Münster. Bauweise 8 Wenn, wie vorangehend dargestellt wurde, bereits der grabenförmige Belüftungskörper zu einer Prägung des Wurzelsystems geführt hat, die im noch stärkeren Maße bei einer Tiefenbelüftung gegeben ist, dann war zu erwarten, dass die Kombination beider Bauweisen zu einer weiteren Steigerung führt. Genau das wird durch die Ergebnisse bestätigt, denn die sich einstellende Wurzelarchitektur ist als Reaktion der Bauweise eindeutig vertikalhorizontal ausgerichtet. Darstellung 12: siehe Folgeseite Wie exemplarisch für alle Varianten dieser Bauweise anhand der Ergebnisse in Darstellung 13 und 14 bestätigt wird, kommt es infolge des Einflusses der Tiefenbelüftung zunächst zu einer Erschließung des vertikalen Bodenraumes. Das Resultat ist ein senkrecht ausgerichtetes Wurzelsystem. Der Einfluss des Belüftungsgrabens ist zu diesem Zeitpunkt noch unbedeutend, was durch die Anzahl und Position von Grobwurzeln in Darstellung 13 zum Ausdruck kommt. Darstellung 13: Darstellung 14: siehe übernächste Seite siehe drei Seiten weiter 18

19 Darstellung 12: Bauweise 8 Graben- und Tiefenbelüftung in schematischer Darstellung; Einwurzelungen in die Belüftungsgräben und Belüftungsbohrungen. Abbildung 8 Einwurzelungen in den benachbarten Bodenseitenraum unter Ausnutzung der Versorgungsleitungen. Variante 8C Süd am Versuchsstandort Hildesheimer Straße in Hannover. Abbildung 9: siehe drei Seiten weiter 19

20 Tiefe in cm -4 Wurzeldurchmesser < 5 mm 5-3 mm > 3 mm Abstand vom Pflanzgrubenrand in cm > n.b.* n.b n.b > Darstellung 13: Anzahl der Wurzeln in räumlicher Verteilung von Tilia x intermedia Pallida` bei Graben- und Tiefenbelüftung. Variante 8C Süd am Versuchsstandort Hildesheimer Straße in Hannover. 2

21 Tiefe in cm -4 Abstand vom Pflanzgrubenrand in cm > ,8 n.b. 34,2 n.b. 11, n.b. 123,3 77, 18,6 57,3 11,1 48,7 44, ,9 49,5 31,1 2-> ,1 1,2 113,2 145, ,9 Wurzeln nicht erhoben. ü ß Darstellung 14: Wurzelmasse in Gramm Trockensubstanz in räumlicher Verteilung von Tilia x intermedia Pallida` bei Graben- und Tiefenbelüftung. Variante 8C Süd am Versuchsstandort Hildesheimer Straße. 21

22 Abbildung 9: Durchwurzelungen beider Tiefbohrungen in 27 cm Tiefe bei Variante 8C Süd am Versuchsstandort Hildesheimer Straße in Hannover. Ein unerwartetes Ergebnis zeigen die Wurzelaufgrabungen unter dem Einfluss der Baumart Esche auf einem tonig-lehmigen Boden in Abbildung 1. Eine horizontale Wurzelausdehnung liegt nicht vor. Weder in den längs geführten Belüftungsgräben noch im Quergraben waren Einwurzelungen nachzuweisen. Der Belüftungsgraben hat in diesem Fall keinen Einfluss auf das Wurzelsystem. Entgegen allen Annahmen zeigen bei derartigen Bodenverhältnissen mit geringen Flurwasserabständen nur vertikal geführte Belüftungskörper eine gute Wirkung. Allerdings werden die Ergebnisse durch die Wahl der Baumart beeinflusst. Fraxinus excelsior Westhof`s Glorie` erreicht selbst bei vollständig wassergefüllten Belüftungsbohrungen eine intensive Durchwurzelung der Belüftungskörper. 22

23 Abbildung 1: Aufgrabung mit markierter Grabenbelüftung. Zu Einwurzelungen kommt es nur in den Tiefbohrungen. Variante 8B Nord am Versuchsstandort Loddenheide in Münster. 4.3 Diskussion der Ergebnisse Bäume haben das Bestreben, aus Pflanzgruben herauszuwurzeln und seitennahe Bodenräume zu durchdringen. Dem Prinzip des kleinsten Widerstandes folgend nutzen die Wurzeln dabei alle ihnen zur Verfügung stehenden Möglichkeiten und erschließen die ihnen zugänglichen Bodenzonen. Sowohl der laterale Bodenraum als auch der vertikale unterhalb der Pflanzgrube werden zur Durchwurzelung genutzt. Die Art und Beschaffenheit des umgebenden Bodenkörpers sowie das Vorhandensein und die Lage möglicher Beeinträchtigungen bestimmen, ob und an welcher Stelle, in welcher Bodentiefe und mit welcher Intensität es zu Einwurzelungen kommt. So wird beispielsweise zum Erschließen umgebender Bodenschichten in jedem Fall der Verfüllboden an Versorgungsleitungen genutzt. Ebenso bevorzugt durchwurzelt werden die Kontaktflächenzonen unter Bauwerken (Fundamenten) sowie Betonbettungen von Kantensteinen und Randeinfassungen. Infolge des Dickenwachstums sind Beschädigungen der Bauwerke durch Wurzeln oder Wurzelteile nicht ganz auszuschließen, sondern im Gegenteil sogar wahrscheinlich. Bestätigt wird dies, neben den zahlreichen sichtbaren Bauschäden, die sich im Nahbereich von Bäumen ergeben, vor allem durch Untersuchungen von KRÜCKEN und WITTMANN (1996) sowie von MATTHECK (1993) über mögliche Wechselwirkungen zwischen Bäumen und Rohrleitungsanlagen. Horizontale Wurzelausbreitung Es konnte nachgewiesen werden, dass durch den Einsatz von Belüftungsmaßnahmen das Wurzelwachstum gezielt geleitet werden kann. Die Untersuchungen bestätigen an allen frei- 23

24 gelegten Straßenbäumen eine horizontale Wurzelausbreitung. Durch bautechnische Maßnahmen ist es gelungen, den Baum zu veranlassen, ein auf die standörtlichen Einflüsse angepaßtes und gerichtetes Wurzelsystem auszubilden, bei dem sich die Wurzelarchitektur vollständig auf die veränderten Standortbedingungen eingestellt hat. In Stadtböden sind die einzelnen zur Wirkung kommenden Faktoren in einem so komplexen Wirkungsverbund, dass sich die kausalen Zusammenhänge zwischen Standortgegebenheiten und Wurzelentwicklung jeglicher Regelmäßigkeit entziehen. Das bedeutet: Ein Regelfall, wie er unter bestimmten Umständen am Naturstandort bestehen kann und im Wurzelsystem- Modell von KÖSTLER et al. (1968) dargelegt wird, ist auf den Standort Stadtstraße nicht ü- bertragbar. Vertikale Wurzelausbreitung Die vertikale Wurzelausdehnung oder auch maximale Wurzeltiefe definiert die physiologische Gründigkeit des Bodens. Zur Einstufung der Böden setzt BLUME (1992) Wurzeltiefentypen von Pflanzen mit der Bodengründigkeit in Bezug. Unterschieden wird in - Flachwurzler mit einer flachen Durchwurzelungstiefe von 2-3 cm, - Tiefwurzler mit einer mittleren Durchwurzelungstiefe von 4-8 cm, - Grundwurzler mit einer tiefen Durchwurzelung von 8-13 cm und - Untergrundwurzler mit einer sehr tiefen Durchwurzelung von > 13 cm. Die Hälfte aller europäischen Waldarten wurzelt bis 5 cm tief (ELLENBERG 1939, KÖSTLER et al. 1968). Mit zunehmender Tiefe vermindert sich die Wurzelentwicklung auf Grund der schlechteren Durchlüftung (KAUSCH 1959). Zu extremen Wurzeltiefen kommt es in ariden Gebieten. Sie sind ein Charakteristikum einiger dort heimischer Pflanzenarten und dienen zur Erschließung von Grund- und Stauwasserkörpern (SINN 1991). Den größten Einfluss auf die Tiefenerschließung der Pflanze üben die Bodeneigenschaften aus. WALTER (1962) betont, dass besonders Löß ein geeignetes Ausgangsmaterial zur Ausbildung vertikaler Wurzelsysteme ist. Dass mit zunehmender Wurzeltiefe eine viel nachhaltigere Versorgung aus dem Untergrund erfolgt, belegen Untersuchungen u.a. von KRIETER et al. (1989) sowie von SPEER- SCHNEIDER et al. (1992). Prinzipiell wachsen die Wurzeln dem Wasser entgegen. Bestimmender Faktor zum Erschließen tiefliegender Wasserkörper ist der Bodenluftgehalt. Sinkt dieser unter 1 Vol.-%, ist ein Wurzelwachstum nicht mehr möglich (FLOCKER, VOMOCIL und HOWARD,1959; BERT- RAND und KONKE, 1957; GILL und MILLER, 1956 sowie TACKET und PEARSON, 1964 und RUGE, 1972). Aus der Kenntnis über die Kausalzusammenhänge zwischen physiologischer Gründigkeit, nämlich Wasser- und Nährstoffversorgung, sowie Bodenluft ergeben sich folgende Steuerungsmechanismen zur Wurzeltiefenbeeinflussung: - die Bodendurchlüftung, - die Bodenlockerung, - der Bodenaustausch und - die Wasser- und Nährstoffversorgung. Da die Veränderbarkeit der Bodeneigenschaften nur mit einem übermäßig hohen Aufwand durch Bodenaustausch zu erreichen ist und andererseits die strukturellen Voraussetzungen für die Beständigkeit einer pneumatischen Bodenlockerung nicht gegeben sind, bleibt als einzige Möglichkeit die Veränderbarkeit der Bodenluftgehalte. Die Wasserversorgung durch 24

25 den kapillaren Aufstieg schließt LAATSCH (1957), zitiert in KÖSTLER et al. (1968) selbst auch dort aus, wo es die bodenphysikalischen Verhältnisse zulassen, da die Wurzeln durch ein schnelleres Wachstum das Wasser in der Tiefe eher erreichen. Die Wirksamkeit der verbesserten Nährstoffversorgung ist nur bei Bodenbelüftung, Lockerung und geeigneter Wasserversorgung gegeben und steht damit im direkten Zusammenhang. Somit steht der Nährstoffhaushalt infolge der sekundären Wirkungsreaktion nicht im Vordergrund. Die Ergebnisse belegen die Steigerung der physiologischen Bodengründigkeit anhand der Zunahme des Tiefenerschließungsvermögens durch die vertikale Wurzelausdehnung der Straßenbäume. Durch die gezielte Anordnung von großdimensionierten Belüftungskörpern konnten biologisch inaktive, dicht gepresste Bodenhorizonte sowohl in der Fläche als auch in der Tiefe aktiviert und erschließbar gemacht werden. Die Wirksamkeit der Maßnahme wird sowohl bei horizontaler als auch vertikaler Ausrichtung nachgewiesen. Die vorgegebene maximale Durchwurzelungstiefe von 27 cm wurde erreicht, bei der horizontalen Wurzelausdehnung werden 3 cm überschritten. Einfluss der Baumart Tendenziell ist an allen 3 Baumarten eine Reaktion auf die Belüftungsmaßnahmen festzustellen. Bereits eine Verdoppelung des Pflanzgrubenvolumens auf über 6 Kubikmeter übt eine beeinflussende Wirkung auf das Wuchsverhalten aus, das sich am Dickenwachstum der oberirdischen Pflanzenteile abzeichnet und anfangs die Wirksamkeit vergleichbarer Bauweisen ü- bertrifft. Mit zunehmender Altersentwicklung verstärkt sich die Wirkung der Belüftungsmaßnahmen, während die Vorteile des vergrößerten Pflanzgrubenvolumens zunehmend an Bedeutung verlieren. - Eiche (Quercus robur) reagiert ausgesprochen verhalten auf die Belüftungsmaßnahmen. Diese Reaktion hat artbedingte Ursachen. Quercus ist aufgrund seiner genotypischen Variabilität als Versuchsbaum nur bedingt geeignet. Darüber hinaus erfolgt im Vergleich mit Esche und Linde eine deutlich verzögerte Reaktion. Die Ergebnisse bestätigen dennoch den Zusammenhang zwischen der Wurzelarchitektur und der Bauweise. Bei durchschnittlichen Standortverhältnissen ist die Eiche in der Lage, ihre Wurzelarchitektur den geänderten Bodenverhältnissen anzupassen. - Esche (Fraxinus excelsior Westhof`s Glorie`) reagiert als schnellwüchsige Art deutlich früher auf die Maßnahme. Phänaeologisch begründet zeigt die Art kaum eine Reaktion auf horizontal ausgerichtete Belüftungsgräben. Geringfügig höher ist die Reaktion bei der Flächenbelüftung. Diese bewirkt aber nur eine mäßige Zunahme der maximalen Durchwurzelungstiefe. - Linde (Tilia x intermedia Pallida`) zeigt von allen 3 Baumarten die deutlichsten Reaktionen. Sowohl die Grabenbelüftung als auch die Tiefenbelüftung bewirken eine starke Veränderung des Wurzelbildes. Dieses kann nur durch die Kombination von Graben- und Tiefenbelüftung noch gesteigert werden. Als Fazit kann tendenziell für alle Baumarten aufgeführt werden, dass 25

26 - durch die Anordnung der Belüftungskörper die Baumwurzeln in bestimmte Bodenzonen gelenkt werden können, - die Ausrichtung der Maßnahmen sowohl horizontal als auch vertikal Wirkung zeigt, - die Durchwurzelungstiefe von mindestens 27 cm erreicht wird und - die Bauweisen sowohl auf schwächer bindigen schluffigen Sandböden als auch auf stärker bindigen Lehm- und mit Einschränkungen sogar auf stark bindigen Tonböden wirksam sind. Einfluss des Bodens Eine nachgewiesene Wirkung ergibt sich sowohl bei schwächer bindigen schluffigen Sandböden, als auch bei stärker bindigen Lehm- und sogar bei stark bindigen Tonböden. Nicht durchwurzelbar sind dagegen künstlich aufgebrachte Füllböden. Wie festgestellt werden konnte, wirken derartige Füllbodenschichten selbst in geringer Dicke derartig isolierend, dass die darunterliegenden und möglicherweise durchwurzelbaren Bodenschichten unerschlossen bleiben. KRIETER et al. (1989) kommen zu ähnlichen Ergebnissen, indem sie auf die Undurchwurzelbarkeit von Sandschichten > 3 cm Mächtigkeit hinweisen. 5. Folgerungen für den praktischen Einsatz Ausgehend vom erreichten Erkenntnisstand ist es ohne großen Aufwand möglich, bautechnische Maßnahmen zur Standortoptimierung bei Straßenbäumen unter Berücksichtigung der Erfordernisse des Tief- und Straßenbaues anwendungsbezogen einzusetzen. Die Ausführung ist sowohl während der Neu- oder Umbaumaßnahme als auch nachträglich realisierbar. Von entscheidender Bedeutung sind die Untergrundverhältnisse. Es ist von der Beschaffenheit des umgebenden Bodenkörpers abhängig, an welcher Stelle und in welcher Tiefe es zu Einwurzelungen kommt. Bei schwächer bindigen bis bindigen Stadtböden, also bei lehmigen oder sandig-schluffigen, meist gut nährstoffversorgten reliktischen Unterböden, gilt: - Die Wirksamkeit von luftführenden Tragschichten ist vergleichsweise in den Anfangsjahren noch gering. - Die Wirksamkeit von Belüftungsgräben ist hoch. - Die Wirksamkeit von Tiefbohrungen ist ebenfalls hoch. - Die Wirksamkeit der Kombination aus Graben- und Tiefenbelüftung ist am höchsten. Bei sehr leichten Stadtböden mit geringem Feinerdeanteil, also bei wenig bis nicht nährstoffversorgten reliktischen Sandböden, erzielen vertikal geführte Belüftungsbohrungen die höchste Wirkung. Das Spektrum der anwendbaren Baumarten muss mit den Bodenverhältnissen (trocken und nährstoffarm) abgestimmt werden. Bei sehr schweren Stadtböden mit abweichenden Bodeneigenschaften, also bei stark bindigen reliktischen Unterböden aus Schluff und Ton, zeigen bei geringen Flurwasserabständen nur vertikal geführte Tiefbohrungen eine gute Wirkung. Die Auswahl beschränkt sich bei feucht-nassen Untergünden auf nur wenige Baumarten (Alnus, Fraxinus). 26

27 Literatur BERTRAND, A. R. a. H. KONKE, 1957: Suboil conditions and their effects on oxygen supply and the growth of corn roots. Proc. Soil Sci. Soc. Am. 23, 135 pp. BLUME, H. P., 1992: Handbuch des Bodenschutzes. Bodenökologie und -belastung. Vorbeugende und abwehrende Schutzmaßnahmen. Landsberg, Ecomed. ELLENBERG, H., 1939: Über Zusammensetzung, Standort und Stoffproduktion bodenfeuchter Eichen- und Buchen-Mischwaldgesellschaften Nordwestdeutschlands. Mitt. Flor.-soziol. Arbgem. 5, S FLOCKER, W. J., VOMOCIL, J.A. a. F.D. HOWARD 1959: Some growth responses of tomatoes to soil compaction. Proc. Soil. Soc. Am. 23, 188 pp. FORSCHUNGSGESELLSCHAFT für Straßen- und Verkehrswesen (Hrsg.) 2: Landschaftstagung 1999 am 27/28. Mai 1999 in Bamberg. Standortoptimierung von Straßenbäumen Konsequenzen neuer Forschungsergebnisse zur Wurzelraumverbesserung für die Praxis, G. Lösken. GILL, W. R. a. R. O. MILLER, 1956: A method of study of the influence of mechanical impedance and aeration on the growth of seedlingroots. Proc. Soil. Sci. Am. 2, 154 pp. HEIDGER, C. 1999: Ist ein gesunder Baum bald nur noch ein Traum? Erkenntnisse zur Standortoptimierung an Straßenbäumen. Stadt und Grün 47 (5) S HÖSTER, H. R., 1993: Baumpflege und Baumschutz: Grundlagen, Diagnosen, Methoden. Ulmer-Verlag, Stuttgart. KAUSCH, W., 1959: Saugkraft und Wassernachleitung im Boden als physiologische Faktoren. In: KÖSTLER, J. N., BRÜCKNER, E. und H. BIBELRIETHER, 1968: Die Wurzeln der Waldbäume. Parey-Verlag, Hamburg. KÖSTLER, J. N., BRÜCKNER, E. und H. BIBELRIETHER, 1968: Die Wurzeln der Waldbäume. Parey-Verlag, Hamburg. KRIETER, M. et al., 1989: Standortoptimierung von Straßenbäumen. Forschungsbericht Teil 1. Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau (FLL) Arbeitskreis Straßenbäume. Selbstverlag, Bonn. KRÜCKEN, R. u. J. WITTMANN, 1996: Untersuchungen des Wurzelbildes und mögliche Wechselwirkungen zwischen Bäumen und Rohrleitungen. Neue DELIWA-Z. H. 2, S LAATSCH, W., 1957: Die wissenschaftlichen Grundlagen der Waldbodenmelioration. Mitt. Staatsforstverw. Bayerns. LIESECKE, H.-J.: 1991: Verbesserung des Wurzel- und Standraumes bei Bäumen in Stadtstraßen. Das Gartenamt 4, (1) S , LIESECKE, H.-J. u. C. HEIDGER 1994: Bäume in Stadtstraßen. Untersuchung zur Entwicklung und Erprobung von vegetatonstechnischen und bautechnischen Maßnahmen zur Optimierung des Wurzel- und Standraumes von Bäumen in Stadtstraßen. Heft 67 der Schriftenreihe Forschung Straßenbau und Verkehrstechnik. Hrsg. Bundesministerium für Verkehr. Selbstverlag Bonn. 27

28 MATTHECK, C., 1993: Wurzel - Rohrleitung - Wechselwirkungen (Gasunglück in Viersen). Hrsg. v. Sachverständigen-Kuratorium (SVK). Taxationspraxis, H. LP 28. RUGE, U.,1972: Ursache des Straßenbaumsterbens und mögliche Gegenmaßnahmen. Garten+Landschaft H.1, S SINN, T., 1991: Ökologische Untersuchungen zur Ausbildung der Wurzelsysteme von Pflanzen arider Gebiete. Dipl.-Arbeit im FB 14 der TU Berlin. SPEERSCHNEIDER, R., BROD, H.-G. u. K.-H. Hartge, 1992: Laterale Stoffflüsse in Böden von Alleestandorten als Folge von Versiegelungsunterschieden. Verh. Ges. f. Ökol., Bd. 21. TACKET, J. L. a. R. W. PEARSON, 1964: Oxygen reqirement of cotton seedlingroots for penetration of compacted soil cores. Proc. Soil Sci. Sco. Am. 28, 6 pp. WALTER, H., 1962: Einführung in die Phytologie. Bd. 1. Grundlagen des Pflanzenlebens. 4. Aufl. Ulmer. Stuttgart. 28

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