Abschlussbericht. Umweltsicherer Kanalbau durch wurzelfeste Bettung der Rohre Teil 2:

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1 Dipl.-Biol. Dr. Markus Streckenbach Abschlussbericht Umweltsicherer Kanalbau durch wurzelfeste Bettung der Rohre Teil 2: Anlage von Rehabilitationszonen an den verpflanzten Großbäumen mit unterirdischer Versuchsanlage (Wurzelgräben) am Standort Osnabrück Fördermittelgeber: DBU Deutsche Bundesstiftung Umwelt An der Bornau Osnabrück Bewilligungsempfänger: IKT - Institut für Unterirdische Infrastruktur ggmbh Exterbruch Gelsenkirchen AZ: 28019/02-23 Bearbeitung: Dipl.-Biol. Dr. Markus Streckenbach Dipl.-Ing. Klaus Schröder Dipl.-Ing. Christoph Bennerscheidt Bochum, September 2013

2 10/01 Projektkennblatt der Deutschen Bundesstiftung Umwelt AZ 28019/02-23 Referat 23 Fördersumme ,00 Antragstitel Umweltsicherer Kanalbau durch wurzelfeste Bettung der Rohre - Teil 2: Anlage von Rehabilitationszonen an den verpflanzten Großbäumen mit unterirdischer Versuchsanlage (Wurzelgräben) am Standort Osnabrück Stichworte Abwasser, Kanalisation, Baumstandorte, Substrat, Wurzeln Laufzeit Projektbeginn Projektende Projektphase(n) 24 Monate Bewilligungsempfänger IKT - Institut für Unterirdische Infrastruktur ggmbh Tel 0209 / Projektleitung: Kooperationspartner Exterbruch 1 Fax 0209 / Gelsenkirchen Projektleitung Sachverständigenbüro für Urbane Vegetation Dipl.-Biol. Dr. Markus Streckenbach Dirschauer Str. 15 Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Dr. Markus Streckenbach Bearbeiter Bochum Dipl.-Ing. K. Schröder, Dipl.-Ing. C. Bennerscheidt Funke Kunststoffe GmbH, Siegenbeckstraße 15, Hamm Humberg Metall- und Kunstguss GmbH, Stevern 78, Nottuln Opitz International GmbH & Co. KG, Industriepark 1, Heideck Osnabrücker ServiceBetrieb, Klöcknerstraße 21-23, Osnabrück Peter Stockreiter GmbH & Co. KG, Westerkappelner Straße 88, Mettingen Dipl.-Ing. K. Schröder, Zum Roten Berg 5, Lotte Stadtwerke Osnabrück AG, Alte Poststraße 9, Osnabrück VulkaTec Riebensahm GmbH, Im Pommerfeld 2, Kretz bei Andernach Mit der Durchführung des Forschungsvorhabens sollen zwei Ziele realisiert werden. Zum einen soll den Wurzeln der Versuchsbäume an ihrem neuen Standort durch die Anlage von Rehabilitationszonen bestmögliche Wachstumsbedingungen geschaffen werden. Zum anderen soll ein in Osnabrück bewährtes und auf Basis der Erfahrungen des Substrat herstellenden Kooperationspartners optimiertes Substrat mit Blick auf eine weitergehende Nutzung als Regenwasserspeicher untersucht werden. Unter Berücksichtigung der Anforderungen von Bäumen an ihre Standorte, sollen die Ergebnisse dieses Projektteils erste Hinweise auf die Einsatzmöglichkeiten von strukturoptimierten Substraten geben, welche den aktuellen Anforderungen gerecht werden (Regelwerkskonformität). Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden Im hier beantragten Ergänzungsvorhaben soll die Nachbehandlung der auf das neue Versuchsfeld am Waldfriedhof Dodeshaus in der Stadt Osnabrück umgepflanzten Bäume durch die Anlage von Rehabilitationszonen abgeschlossen werden. Daneben soll die Planung der neuen Versuchsanlage ebenfalls während der Laufzeit des aktuell beantragten Forschungsvorhabens stattfinden. Die Maßnahme umfasst somit die folgenden Arbeitsschritte: 1. Anlage der Rehabilitationszonen bei insgesamt 24 Bäumen: - Vergabe der Arbeiten und Auswahl von geeigneten Substraten, - Entwurf zur Anlage der Rehabilitationszonen mit Hinblick auf die zukünftige unterirdische Versuchsanlage, - Freilegung der Ballenaußenseiten der umgepflanzten Bäume, Nachbehandlung von oberflächlich vorhandenen Starkwurzeln und Einbau der Substrate als Rehabilitationszone,

3 - Begleitung und Dokumentation der Arbeiten, 2. Pflege und Unterhalt der Großbäume mit repräsentativer Kontrolle des Wurzelwachstums, 3. Planung des Versuchsaufbaus unter Berücksichtigung von Wurzelwachstum hemmenden bzw. fördernden Verfüllstoffen und Substraten, 4. Zusammenfassung der Ergebnisse in einem wissenschaftlichen Bericht. Ergebnisse und Diskussion Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden an den insgesamt 24 auf das Gelände des Waldfriedhofes Dodeshaus verpflanzten Großbäumen Rehabilitationszonen angelegt. Während der Laufzeit wurden die durchgehend fachmännisch gepflegten Gehölze regelmäßig begutachtet und die Entwicklung der Wurzeln in den Substraten durch Probeschachtungen an ausgewählten Bäumen dokumentiert und ausgewertet. Hierdurch wurde sowohl eine Kontrolle des fortschreitenden Wachstums ermöglicht, als auch die Gelegenheit dazu ergab, neue Erkenntnisse zur Regenerationsfähigkeit von Baumwurzeln zu erlangen. Durch die gezielte Förderung der Wurzelentwicklung in definierte Bereiche konnte eine hohe Planungssicherheit für die angestrebte Versuchsanlage zur Erprobung von Baumsubstraten, Bettungs- und Verfüllmaterialien für unterirdische Leitungen hergestellt werden. Ganz Allgemein zeigen die Ergebnisse des abgeschlossenen Vorhabens, dass sowohl die Wachstumsrichtung als auch das Explorationsverhalten von Wurzeln (Auswurzelung) durch den kombinierten Einsatz von geeigneten Optimierungsmaßnahmen vorgegeben werden kann. Damit fügen sich die Resultate in den vorhandenen Bestand der bereits zuvor erhobenen Untersuchungsergebnisse ein. Insbesondere während der gegen Ende des Vorhabens durchgeführten Probeschachtung, wurde der fördernde Einfluss der Rehabilitationszonen ersichtlich. Dieser äußerte sich in einem optimalen Regenerationsverhalten von verletzten Wurzeln, einem durch eine Vielzahl von neu gebildeten Wurzeln geprägten Auswurzelungsverhalten und einem intensiven Tiefenstreben der Wurzeln. Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation Fazit e-newsletter des IKT über die Anlage der Rehabilitationszonen vom Mai 2012: Wurzeln: Das andere Ende des Baumes (vgl. Einbeziehung der Projektziele und der bisher gewonnenen Erkenntnisse in Fachvorträgen, u.a. auf einer Fortbildungsveranstaltung des IFSB in Luxemburg am 27. Februar Darstellung und Diskussion des Projektes im Rahmen von Fachbeiträgen, u.a. AFZ DerWald in der Ausgabe 20/2012, S und bi UmweltBau in der Ausgabe 01/2013, S Durch die hier beschriebene Optimierung der neu angelegten Versuchsanlage konnten einheitliche Ausgangsbedingungen zur Durchführung weiterer Langzeitversuche im Wurzelraum der umgepflanzten Bäume geschaffen werden. Die während dieser Phase des Vorhabens gewonnenen Erkenntnisse liefern darüber hinaus wichtige Hinweise zu den Möglichkeiten einer gezielten Führung von Wurzeln unter Zuhilfenahme von Substraten. Zusammen mit den bisher erzielten Untersuchungsergebnissen (vgl. u.a. Forschungsvorhaben AZ 28019), sind nunmehr alle notwendigen Grundlagen zur Durchführung von Folgestudien zur Erprobung alternativer Kanalbauweisen geschaffen. Die Abschirmung von Leitungen durch den Einsatz von wurzelabweisenden Verfüllmaterialien stellt, laut aktuellem Regelwerk DWA-M 162 Bäume, unterirdische Leitungen und Kanäle eine passive Schutzmaßnahme dar. Das Hauptaugenmerk künftiger Untersuchungen ist die praktische Anwendbarkeit porenarmer Verfüllmaterialien zum Leitungsschutz in der In-situ-Situation Leitungsgraben neben Baumstandort in Kombination mit porenreichen Substraten zur Förderung des Wurzelwachstums. Letztgenanntes stellt eine aktive Schutzmaßnahme dar, so dass in diesem neuen Ansatz verschiedene Instrumente zum größtmöglichen gegenteiligen Nutzen erprobt werden sollen. Dieses Vorgehen steht somit im Einklang mit dem im Februar 2013 erschienenem Regelwerk Bäume, unterirdische Leitungen und Kanäle. Deutsche Bundesstiftung Umwelt An der Bornau Osnabrück Tel 0541/ Fax 0541/

4 Fördermittelgeber: DBU Deutsche Bundesstiftung Umwelt An der Bornau Osnabrück Auftragnehmer: Bewilligungsempfänger: Sachverständigenbüro für urbane Vegetation Ehrenfeldstraße Bochum IKT - Institut für Unterirdische Infrastruktur ggmbh Exterbruch Gelsenkirchen Kooperationspartner: Funke Kunststoffe GmbH Siegenbeckstraße 15 Industriegebiet Uentrop Ost Hamm-Uentrop Humberg Metall- und Kunstguss GmbH Stevern Nottuln Opitz International GmbH & Co. KG Industriepark Heideck OSB Osnabrücker ServiceBetrieb Klöcknerstraße Osnabrück Peter Stockreiter GmbH & Co. KG Westerkappelner Straße Mettingen Dipl.-Ing. Klaus Schröder Zum Roten Berg Lotte Stadtwerke Osnabrück AG Alte Poststraße Osnabrück VulkaTec Riebensahm GmbH Im Pommerfeld Kretz bei Andernach

5 Inhaltsverzeichnis Projektkennblatt Zusammenfassung Einleitung Durchführung des Vorhabens Pflege und Zustand der Gehölze bis zum Beginn des Vorhabens Dokumentation der Gehölzentwicklung Anlage der Rehabilitationszonen Einbau der Substrate Einbau von Stechzylindern Einbau von Belüftungselementen Ergebnisse Kontrolle des Entwicklung der oberirdischen Baumteile Kontrolle des Wurzelwachstums Auswurzelungsverhalten Tiefenstreben der Wurzeln Feinwurzelausbildung / -verzweigung Wurzelregeneration Substratverschiebung (Suffosion) Belüftungssituation Bewertung Entwicklung der oberirdischen Baumteile Entwicklung der Wurzeln Resümee Ausblick Anhang Literatur...41

6 Abbildungsverzeichnis Abb. 1 Übersicht des Projektverlaufes: Phase I (Teilprojekt 1) Verpflanzung von Großbäumen mit unterirdischer Versuchsanlage am Standort Osnabrück (abgeschlossen). Phase II (Teilprojekt 2) Anlage der Rehabilitationszonen an den verpflanzten Großbäumen mit unterirdischer Versuchsanlage am Standort Osnabrück (abgeschlossen). Phase III (Teilprojekt 3) Anlagen von Versuchgräben mit wurzelabweisenden Verfüllmaterialien im Wurzelbereich von Bäumen (angestrebt) Abb. 2 Umpflanzung der Großbäume auf das Gelände des Waldfriedhofes Dodeshaus in der Stadt Osnabrück. Blick in nordwestlicher Richtung der neuen Veruschsanlage. Parallel zu den nun in Reihe stehenden Bäumen verläuft ein Schotterweg und daran angrenzend, eine Randbepflanzung aus unterschiedlichen Baum- und Straucharten Abb. 3 Durchführung von Pflegemaßnahmen an den Gehölzen im Januar a Entfernung der Grasnarbe (Entkrauten & Aufmulchen) und Ablösen von oberflächlich vorhandenen Kunststofffolien auf dem Wurzelballen von Baum Nr. 10. b, c Freilegung, Rückschnitt und Wundversorgung von oberflächennahen Starkwurzeln bei Baum Nr Abb. 4 Übersicht der Gehölze auf dem Versuchsfeld im Mai 2010, Blick in südwestliche Richtung Abb. 5 Aushub der Rehabilitationszone an einem Exemplar der Gewöhnlichen Esche Abb. 6 Zwischen zwei Belüftungselementen (blau) eingelassener Stechzylinder (braun) auf der Grabensohle der Rehabilitationszone zum Nachweis von Substratverschiebungen Abb. 7 Aufstellen von Belüftungselementen auf der Grabensohle der Rehabilitationszone Abb. 8 Partielle Öffnung des Wurzelraumes im Bereich der Rehabilitationszone Abb. 9 Auswurzelungsverhalten in das Substrat der Rehabilitationszonen nach 8 Monaten (im Mai 2012). a Bei Baum Nr. 20 (Esche). b Bei Baum Nr. 11 (Platane). c Bei Baum Nr. 10 (Linde) Abb. 10 Auswurzelungsverhalten in das Substrat der Rehabilitationszonen nach 19 Monaten (im April 2013). a Bei Baum Nr. 20 (Esche). b Bei Baum Nr. 11 (Platane). c Bei Baum Nr. 10 (Linde) Abb. 11 Regenerationsverhalten von durchtrennten Starkwurzeln (Ø etwa 3,5 cm) bei Baum Nr. 20 (Esche). a Zustand nach 8 Monaten (Mai 2012). b Zustand nach 19 Monaten (April 2013) Abb. 12 Regenerationsverhalten einer durchtrennten Grobwurzel (Ø etwa 1,5 cm) bei Baum Nr. 11 (Platane). a Zustand nach 8 Monaten (Mai 2012). b Zustand nach 19 Monaten (April 2013) Abb. 13 Regenerationsverhalten einer durchtrennten Starkwurzel (Ø etwa 5,5 cm) bei Baum Nr. 10 (Linde). a Zustand nach 8 Monaten (Mai 2012). b Zustand nach 19 Monaten (April 2013) Abb. 14 Neubildung von Wurzeln im Bereich der Belüftungselemente a In einer Tiefe von etwa 30 cm bei Baum Nr. 10 (Linde). b In einer Tiefe von etwa 70 cm bei Baum Nr. 19 (Platane) Abb. 15 Kronenzustände der Gehölze während der Projektphase im Vergleich. Bäume Nr. 1 3 zu den Zeitpunkten 13. September 2011, 28. August 2012 und 30. August Abb. 16 Kronenzustände der Gehölze während der Projektphase im Vergleich. Bäume Nr. 4 6 zu den Zeitpunkten 13. September 2011, 28. August 2012 und 30. August Abb. 17 Kronenzustände der Gehölze während der Projektphase im Vergleich. Bäume Nr. 7 9 zu den Zeitpunkten 13. September 2011, 28. August 2012 und 30. August Abb. 18 Kronenzustände der Gehölze während der Projektphase im Vergleich. Bäume Nr zu den Zeitpunkten 13. September 2011, 28. August 2012 und 30. August Abb. 19 Kronenzustände der Gehölze während der Projektphase im Vergleich. Bäume Nr zu den Zeitpunkten 13. September 2011, 28. August 2012 und 30. August

7 Abb. 20 Kronenzustände der Gehölze während der Projektphase im Vergleich. Bäume Nr zu den Zeitpunkten 13. September 2011, 28. August 2012 und 30. August Abb. 21 Kronenzustände der Gehölze während der Projektphase im Vergleich. Bäume Nr zu den Zeitpunkten 13. September 2011, 28. August 2012 und 30. August Abb. 22 Kronenzustände der Gehölze während der Projektphase im Vergleich. Bäume Nr zu den Zeitpunkten 13. September 2011, 28. August 2012 und 30. August Abb. 23: Beispielhafte Darstellung unterschiedlicher Einbauvarianten zur Prüfung der Wirksamkeit porenraumarmer Verfüllstoffen als passive Schutzmaßnahme (vgl. [1]) in Kombination mit der Schaffung von Entwicklungsraum als aktive Schutzmaßnahmen (vgl. [1]) Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Nummerierung der verpflanzten Bäume auf dem neuen Versuchsgelände Tabelle 2: Verwendete Substrate an den einzelnen Bäumen der neuen Versuchsanlage Tabelle 3: Baumstandorte mit eingebauten Stechzylindern auf der Grabensohle Tabelle 4: Stammumfänge und -durchmesser der Gehölze in einem Meter Höhe zum Zeitpunkt der Umpflanzung im Vergleich mit entsprechenden Werten 12 und 24 Monate nach der Anlage der Rehabilitationszonen... 31

8 1 Zusammenfassung Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden an den insgesamt 24 auf das Gelände des Waldfriedhofes Dodeshaus verpflanzten Großbäumen Rehabilitationszonen angelegt. Während der Laufzeit wurden die durchgehend fachmännisch gepflegten Gehölze regelmäßig begutachtet und die Entwicklung der Wurzeln in den Substraten durch Probeschachtungen an ausgewählten Bäumen dokumentiert und ausgewertet. Hierdurch wurde sowohl eine Kontrolle des fortschreitenden Wachstums ermöglicht, als auch neue Erkenntnisse zur Regenerationsfähigkeit von Baumwurzeln gewonnen. Durch die gezielte Förderung der Wurzelentwicklung in definierte Bereiche konnte eine hohe Planungssicherheit für die angestrebte Versuchsanlage zur Erprobung von Baumsubstraten, Bettungs- und Verfüllmaterialien für unterirdische Leitungen hergestellt werden. Ganz Allgemein zeigen die Ergebnisse des abgeschlossenen Vorhabens, dass sowohl die Wachstumsrichtung als auch das Explorationsverhalten von Wurzeln (Auswurzelung) durch den kombinierten Einsatz von geeigneten Optimierungsmaßnahmen vorgegeben werden kann. Damit fügen sich die Resultate in den vorhandenen Bestand der bereits zuvor erhobenen Untersuchungsergebnisse ein. Zum Zeitpunkt der Anlage der Rehabilitationszonen konnten nur wenige Wurzeln im Bereich der maschinell während der Verpflanzung gestochenen Ballenaußenwände festgestellt werden. Ihr Vorkommen war zudem auf die obersten Bodenschichten beschränkt. Insbesondere während der gegen Ende des Vorhabens durchgeführten Probeschachtung, wurde der fördernde Einfluss der Rehabilitationszonen ersichtlich. Dieser äußerte sich in einem optimalen Regenerationsverhalten von verletzten Wurzeln, einem durch eine Vielzahl von neu gebildeten Wurzeln geprägten Auswurzelungsverhalten und einem intensiven Tiefenstreben der Wurzeln. Das Gesamtbild entspricht jenem, was an einem optimalen und ungestörten Naturstandort erwartet werden kann. Durch die hier beschriebene Optimierung der neu angelegten Versuchsanlage konnten einheitliche Ausgangsbedingungen zur Durchführung weiterer Langzeitversuche im Wurzelraum der umgepflanzten Bäume geschaffen werden. Die während dieser Phase des Vorhabens gewonnenen Erkenntnisse liefern darüber hinaus wichtige Hinweise zu den Möglichkeiten einer gezielten Führung von Wurzeln unter Zuhilfenahme von Substraten. Zusammen mit den bisher erzielten Untersuchungsergebnissen (vgl. u.a. Forschungsvorhaben AZ 28019), sind nunmehr alle notwendigen Grundlagen zur Durchführung von Folgestudien zur Erprobung alternativer Kanalbauweisen geschaffen. 8

9 Die Abschirmung von Leitungen durch den Einsatz von wurzelabweisenden Verfüllmaterialien stellt, laut aktuellem Regelwerk DWA-M 162 Bäume, unterirdische Leitungen und Kanäle eine passive Schutzmaßnahme dar [1]. Das Hauptaugenmerk künftiger Untersuchungen ist die praktische Anwendbarkeit porenarmer Verfüllmaterialien zum Leitungsschutz in der In-situ-Situation Leitungsgraben neben Baumstandort in Kombination mit porenreichen Substraten zur Förderung des Wurzelwachstums. Letztgenanntes stellt eine aktive Schutzmaßnahme dar, so dass in diesem neuen Ansatz verschiedene Instrumente zum größtmöglichen gegenteiligen Nutzen erprobt werden sollen. Aus der Zielvorgabe, die sich aus dem Klimawandel ergebenden nachteiligen Effekte durch eine intensivere Durchgrünung urbaner Räume zu mildern (vgl. [2]), ergibt sich zugleich die Notwendigkeit zur Entwicklung von aufeinander abgestimmten Vorgehensweisen. Die bisherigen Erfahrungen zeigen, dass dies maßgeblich durch eine einvernehmliche Nutzung desselben Raumes zum Vorteil aller realisiert werden kann. Eine erfolgreiche, d.h. weitestgehend konfliktfreie Einbindung technischer Infrastruktur in Wurzelräume, wie sie beispielsweise an innerstädtischen Baumstandorten mit Doppelnutzung (Wurzelraum und Regenwasserspeicher) ausgeführt werden kann (vgl. [3]), ist eine besondere Herausforderung die, neben weiteren ingenieurs- und vegetationstechnischen Fragestellungen, der Klärung bedarf. Diese und weitere eng hiermit verbundenen Sachverhalte werden im einleitenden Teil des Abschlussberichtes zur ersten Phase des Forschungsvorhabens ( Verpflanzung von Großbäumen, AZ: 28019) eingehender diskutiert [4] 2 Einleitung Im Jahr 1997 wurden auf dem Gelände des ehemaligen Grünflächenamtes der Stadt Osnabrück (Betriebshof Knollstrasse) Versuchspflanzungen von Laubbäumen angelegt. Aufgrund des gut dokumentierten und im Rahmen von Probegrabungen bestätigten Aufbaus der Versuchsanlage bot es sich an, diesen Versuchsstand nach Beendigung der Studien für weitergehende Untersuchungen zu nutzen. Hierzu wurden insgesamt 24 Bäume im November 2009 von ihrem alten Standort auf das Gelände des Waldfriedhofes Dodeshaus verpflanzt. Durch das Wachstum der Gehölze im Verbund hatten diese mitunter stark asymmetrische Kronen ausgebildet. Ihre Entwicklung in der unterirdischen Versuchsanlage hatte zudem zur Ausbildung von atypischen Wurzelsystemen geführt. Dies machte im Zusammenspiel mit den veränderten Umgebungsbedingungen für die Bäume an ihrem neuen Standort eine Anpassung des üblichen Ablaufes der Nachbehandlung von verpflanzten Großbäumen notwendig. 9

10 Im Wesentlichen wurde die Anlage von Rehabilitationszonen, die ansonsten im direkten Anschluss an eine Verpflanzung durchgeführt wird, durch eine zwischengeschaltete Ruhephase zeitlich versetzt um den Bäumen eine Akklimatisierung an ihrem neuen Standort zu ermöglichen. Die Anlage der Rehabilitationszonen im September 2011 stellt die zweite Phase des Forschungsvorhabens Umweltsicherer Kanalbau durch wurzelfeste Bettung der Rohre dar. Die bisherige Planung sieht die Durchführung von insgesamt drei Teilprojekten vor: Teil 1: Verpflanzung von Großbäumen mit unterirdischer Versuchsanlage (Wurzelgräben) am Standort Osnabrück (abgeschlossen, vgl. Phase I in Abb. 1). Teil 2: Anlage von Rehabilitationszonen an den verpflanzten Großbäumen mit unterirdischer Versuchsanlage (Wurzelgräben) am Standort Osnabrück (abgeschlossen, vgl. Phase II in Abb. 1). Teil 3: Anlage von Versuchsgräben mit wurzelabweisenden Verfüllmaterialien im Wurzelbereich von Bäumen (angestrebt, vgl. Phase III in Abb. 1). Dieser Bericht beschreibt die Ergebnisse des Projektteils 2: Anlage von Rehabilitationszonen an den verpflanzten Großbäumen mit unterirdischer Versuchsanlage (Wurzelgräben) am Standort Osnabrück. Hauptziel dieses Projektteils (Teil 2) war es, die neue Versuchsanlage mit Blick auf die Wurzelräume der verpflanzten Gehölze zu optimieren. Im Vordergrund standen dabei sowohl die Verbesserung und Angleichung der Standortbedingungen als auch die Erzielung vergleichbarer Ausgangsbedingungen für die geplante Anlage der unterirdischen Versuchsanordnung. Während der Laufzeit dieses Projektteils ergab sich zudem die Möglichkeit, Einblicke in die Abläufe von Regeneration und Entwicklung verletzter Wurzeln zu erlangen. Dieses Wissen erweitert nicht nur den allgemeinen Kenntnisstand über gehölzbiologische Prozesse, sondern erhöht die Sicherheit der Planung und Durchführung weiterer Projektteile maßgeblich. 10

11 Abb. 1 Übersicht des Projektverlaufes: Phase I (Teilprojekt 1) Verpflanzung von Großbäumen mit unterirdischer Versuchsanlage am Standort Osnabrück (abgeschlossen). Phase II (Teilprojekt 2) Anlage der Rehabilitationszonen an den verpflanzten Großbäumen mit unterirdischer Versuchsanlage am Standort Osnabrück (abgeschlossen). Phase III (Teilprojekt 3) Anlagen von Versuchgräben mit wurzelabweisenden Verfüllmaterialien im Wurzelbereich von Bäumen (angestrebt). 11

12 3 Durchführung des Vorhabens Im Rahmen der bisher durchgeführten Projektphasen des Vorhabens wurde eine Versuchsanlage errichtet, mit der zukünftig Bettungsmaterialien hinsichtlich Ihrer Eignung zum Schutz von Leitungen und Kanälen gegen Wurzeln untersucht werden können. Im ersten Schritt wurden im November 2009 insgesamt 24 Großbäume mit einer Rundspatenmaschine auf das Gelände des Waldfriedhofes Dodeshaus verpflanzt. Bei den Gehölzen handelt es sich um 8 Exemplare der Art Tilia intermedia cv. Pallida (Kaiserlinde), 8 Exemplare der Art Platanus hispanica (Ahornblättrige Platane), 5 Exemplare der Art Fraxinus excelsior (Gewöhnliche Esche), 2 Exemplare der Art Quercus robur (Stiel-Eiche) sowie einem Exemplar der Art Ginkgo biloba (Ginkgo). Während des Umsetzens wurde die Anordnung der ehemals in einem Verbund stehenden Gehölze verändert und dem zukünftigen Versuchsaufbau angepasst. Die Bäume wurden gemischt, d.h. nicht nach Arten gruppiert, in eine Reihe entlang eines etwa 130 Meter langen Transekts gepflanzt. Die Pflanzung ist in ihrem Verlauf nordwestlich-südöstlich ausgerichtet und verläuft parallel zu einem Schotterweg, welcher am äußeren südwestlichen Rand des Geländes angelegt wurde (vgl. Abb. 2). Das Versuchsfeld ist leicht aufgewölbt und fällt in südöstliche, insbesondere jedoch in nordwestlicher Richtung zunehmend ab. Abb. 2 Umpflanzung der Großbäume auf das Gelände des Waldfriedhofes Dodeshaus in der Stadt Osnabrück. Blick in nordwestlicher Richtung der neuen Veruschsanlage. Parallel zu den nun in Reihe stehenden Bäumen verläuft ein Schotterweg und daran angrenzend, eine Randbepflanzung aus unterschiedlichen Baum- und Straucharten. 12

13 Die Fläche der neuen Versuchsanlage ist durchgehend mit Gräsern, einer Hochstaudenflur und vereinzelt stehenden Sträuchern bewachsen (Grünland). Bei dem anstehenden Boden handelt es sich um einen bindigen, schwach tonigen Lehm. Die Bodenart variiert in den oberen Horizonten entlang der Versuchspflanzung zwischen einem tonigem Lehm und einem schluffigem Ton, der vor allem am nordwestlichen Rand der Anlage dominiert. Die Gehölze erhielten an ihrem neuen Standort eine neue Nummerierung von 1 bis 24, dem Verlauf der Versuchsanlage in nordwestlicher Richtung folgend. In der nachstehenden Tabelle sind die zu den Nummern gehörigen Gehölzarten bzw. -gattungen wiedergegeben. Tabelle 1: Nummerierung der verpflanzten Bäume auf dem neuen Versuchsgelände Baumnummer Gehölzart bzw. -gattung 1 Platanus hispanica (Ahornblättrige Platane) 2 Ginkgo biloba (Ginkgo) 3 Quercus robur (Stiel-Eiche) 4 Quercus robur (Stiel-Eiche) 5 Platanus hispanica (Ahornblättrige Platane) 6 Tilia intermedia cv. Pallida (Kaiserlinde) 7 Tilia intermedia cv. Pallida (Kaiserlinde) 8 Fraxinus excelsior (Gewöhnliche Esche) 9 Platanus hispanica (Ahornblättrige Platane) 10 Tilia intermedia cv. Pallida (Kaiserlinde) 11 Platanus hispanica (Ahornblättrige Platane) 12 Tilia intermedia cv. Pallida (Kaiserlinde) 13 Fraxinus excelsior (Gewöhnliche Esche) 14 Fraxinus excelsior (Gewöhnliche Esche) 15 Tilia intermedia cv. Pallida (Kaiserlinde) 16 Platanus hispanica (Ahornblättrige Platane) 17 Tilia intermedia cv. Pallida (Kaiserlinde) 18 Fraxinus excelsior (Gewöhnliche Esche) 19 Platanus hispanica (Ahornblättrige Platane) 20 Fraxinus excelsior (Gewöhnliche Esche) 21 Platanus hispanica (Ahornblättrige Platane) 22 Platanus hispanica (Ahornblättrige Platane) 23 Tilia intermedia cv. Pallida (Kaiserlinde) 24 Tilia intermedia cv. Pallida (Kaiserlinde) 13

14 3.1 Pflege und Zustand der Gehölze bis zum Beginn des Vorhabens Im Januar 2010 wurden durch Mitarbeiter des Osnabrücker ServiceBetrieb (OSB) umfangreiche Pflegemaßnahmen an den Gehölzen durchgeführt. An den nun in Reihe und an windexponierter Stelle gepflanzten Bäumen, wurden zunächst moderate Schnittmaßnahmen durchgeführt. Diese dienten sowohl zur Erzielung arttypischer Kronenstrukturen als auch zur Reduktion der Windangriffsfläche. Der Bereich der Wurzelballen wurde anschließend von unerwünschtem Aufwuchs befreit und letzte Reste der oberflächlich noch vorhandenen Kunststofffolien, welche aus dem ehemaligen Versuchsaufbau stammten, auf den Wurzelballen entfernt (vgl. Abb. 3). Durch die Einkürzung der Kronen konnte sowohl präventiv auf die veränderten Windlasten reagiert werden als auch einer drohenden Unterversorgung der im Frühjahr austreibenden Kronenteile auf Grund fehlender Energiereserven (Assimilate, Reservestoffe) in Folge von abgetrennten Wurzelbereichen entgegen gewirkt werden. Zusätzlich wurden Schnittmaßnahmen an oberflächennahen verletzten Grob- und Starkwurzeln, inklusive der entsprechenden Wundversorgung, vorgenommen und die Wurzelballen mit Obersubstrat abgedeckt. Den Abschluss der umfangreichen Aktion bildete die Anbindung der Gehölze mittels Kokosstricken und Erdankern (vgl. Abb. 4). Nach etwa einem Standjahr wurden die Anbindungen der Gehölze entfernt. b a c Abb. 3 Durchführung von Pflegemaßnahmen an den Gehölzen im Januar a Entfernung der Grasnarbe (Entkrauten und Aufmulchen) und Ablösen von oberflächlich vorhandenen Kunststofffolien auf dem Wurzelballen von Baum Nr. 10. b, c Freilegung, Rückschnitt und Wundversorgung von oberflächennahen Starkwurzeln bei Baum Nr

15 Abb. 4 Übersicht der Gehölze auf dem Versuchsfeld im Mai 2010, Blick in südwestliche Richtung. 3.2 Dokumentation der Gehölzentwicklung Aus dem Verzweigungsmuster der Äste in der Baumkrone lassen sich Rückschlüsse auf die Vitalität eines Baumes ziehen [5]. Nach diesem Model existieren die Vitalitätsstufen 0 bis 3, wobei in absteigender Reihenfolge Explorations-, Degenerations-, Stagnations- und Resignationsphase unterschieden werden. Die verpflanzten Gehölze konnten im Sommer des Jahres 2010 durchweg den Stufen 0-1 zugeordnet werden. Insbesondere die jüngeren Bäume (Nr ) zeigten sich ausgesprochen vital und wiesen keine Schädigungen auf. Bei den älteren Bäumen konnten vereinzelt Schäden festgestellt werden, die auf eine geschwächte Vitalität hindeuteten. Hierzu gehörten ein leicht verminderter Austrieb sowie eine beginnende schüttere Belaubung. Stress- und/oder Mangelsymptome wurden zudem an einigen Gehölzen durch die Ausbildung kleinerer Blätter angezeigt (Kleinlaubigkeit). In keinem Fall waren zu diesem Zeitpunkt jedoch umfangreichere Schädigungen zu verzeichnen, die eine Zuordnung zu einer niedrigeren Vitalitätsstufe (2 oder 3) begründet hätten. Durch die Veränderung der Umgebungsbedingungen, erhalten die Bäume einen höheren Lichtgenuss als zuvor. Eine direkte Reaktion hierauf ist das Austreiben von Adventivknospen an den Stämmen (Bildung von sogenannten ReÏteraten). Dieses Phänomen konnte an vielen Gehölzen festgestellt werden und ist zunächst kein Anzeichen für eine verminderten Vitalität. Im Frühsommer des Jahres 2011 konnte an einigen Bäumen die Aufgabe von Kronenpartien, ersichtlich an der Ausbildung von so genanntem Totholz, beobachtet werden. Dieses Phänomen ist ebenfalls als eine Stressreaktion auf die Veränderung der Umgebungsbedingungen zu werten. Die Abbildungen (Abb Abb. 22) im Anhang zeigen Übersichten der Kronen aus den Jahren im Vergleich. 15

16 Die Zunahme des Stammumfanges kann als Gradmesser für die Wuchsleistung und damit für den Allgemeinen Gesundheitszustand eines Baumes herangezogen werden. Eine entsprechende Erhebung dieser Daten hat in den Jahren 2009 (Zeitpunkt der Umpflanzung), 2011 (Zeitpunkt der Anlage der Rehabilitationszonen), 2012 und 2013 stattgefunden. Die gemessenen Werte sind in Tabelle 4: aufgeführt (im Anhang). 3.3 Anlage der Rehabilitationszonen Eine Rehabilitationszone, die an einem verpflanzten Großbaum angelegt wird, besteht in der Hauptsache aus einem ringförmigen substratgefüllten Graben. Dieser wird im direkten Anschluss an den maschinell gestochenen Wurzelballen, d.h. an dessen äußeren Rand errichtet und hat bei den hier gepflanzten Exemplaren eine Breite von etwa 60 cm und eine Tiefe von etwa 80 cm erhalten. Das durchwurzelbare Bodenvolumen der Rehabilitationszonen beträgt pro Baum etwa 6 m 3. Die Anlage der Rehabilitationszonen erfolgte im September 2011 durch Mitarbeiter der Opitz International GmbH & Co. KG (vgl. Abb. 5). Abb. 5 Aushub der Rehabilitationszone an einem Exemplar der Gewöhnlichen Esche. Während des Ausschachtens wurde auf das Vorkommen von Starkwurzeln geachtet und die Arbeiten entsprechend unterbrochen um die Wurzeln manuell einzukürzen. Danach erfolgte das Nachschneiden von angetroffenen Starkwurzeln und deren Wundversorgung. Ausgewählte Wurzeln unterschiedlicher Baumarten (Platane, Linde und Esche) wurden für eine spätere Kontrolle hinsichtlich der Regenerationseffekte markiert. 16

17 3.3.1 Einbau der Substrate Eine Rehabilitationszone dient der Förderung des Wurzelwachstums durch das zur Verfügung stellen von optimalen Umgebungsbedingungen. Zu diesem Zweck werden leicht durchwurzelbare Substrate eingesetzt, deren Porenräume eine ausdauernd hohe (Pflanzen-)Verfügbarkeit von Luft und Wasser sicherstellen. Bei den verwendeten Substraten handelt es sich um Mischungen strukturstabiler Materialien auf der Grundlage der praxiserprobten Produkte VulkaTree 0/16 und VulkaTree 0/32 der Firma VulkaTec Riebensahm GmbH. Die Hauptbestandteile beider Substrate bilden Natur-Bims, Leicht-Lava und Löß zu unterschiedlichen Teilen (Vol.-%) und Qualitäten (Körnungen). Es wurde an jeweils 12 Bäumen eines der beiden offenporigen Mineralgemische eingebaut (vgl. Tabelle 2). Die Verdichtung des Substrates erfolgte hierbei schichtweise durch Antreten (per Fuß). Tabelle 2: Verwendete Substrate an den einzelnen Bäumen der neuen Versuchsanlage Substrat Baumnummer Gehölzart bzw. -gattung VulkaTree 0/16 1, 5, 9, 11 Platanus hispanica (Ahornblättrige Platane) 2 Ginkgo biloba (Ginkgo) 3, 4 Quercus robur (Stiel-Eiche) 6, 7, 10 Tilia intermedia cv. Pallida (Kaiserlinde) 8, 13 Fraxinus excelsior (Gewöhnliche Esche) VulkaTree 0/32 12, 15, 17, 23, 24 Tilia intermedia cv. Pallida (Kaiserlinde) 14, 18, 20 Fraxinus excelsior (Gewöhnliche Esche) 16, 19, 21, 22 Platanus hispanica (Ahornblättrige Platane) Einbau von Stechzylindern Trotz der entmischungssicheren Zusammensetzung der Substrate, kann es im Laufe der Zeit zu Verlagerungsprozessen im Bereich der Rehabilitationszonen kommen. Zum Nachweis derartiger Abläufe wurde an 10 Bäumen vor dem Einbau der Mineralgemische auf der Grabensohle, jeweils in östlicher Richtung, Stechzylinder (DN 130) untergebracht, die mit dem in der jeweiligen Rehabilitationszone verwendeten Substrat befüllt wurden (vgl. Abb. 6 und Tabelle 3). 17

18 Abb. 6 Zwischen zwei Belüftungselementen (blau) eingelassener Stechzylinder (braun) auf der Grabensohle der Rehabilitationszone zum Nachweis von Substratverschiebungen. Tabelle 3: Baumstandorte mit eingebauten Stechzylindern auf der Grabensohle Baumnummer Gehölzart bzw. -gattung 5, 9, 11, 19, 22 Platanus hispanica (Ahornblättrige Platane) 7, 15, 17, 24 Tilia intermedia cv. Pallida (Kaiserlinde) 13 Fraxinus excelsior (Gewöhnliche Esche) Einbau von Belüftungselementen Mit Blick auf die Möglichkeiten eines zukünftigen Versuchsaufbaus wurde ein ausgewogener Neuaustrieb von Wurzeln angestrebt. Die Aussenkante der maschinell während der Verpflanzung gestochenen Wurzelballen, entfernt sich mit zunehmender Tiefe von der Innenseite des Grabens der Rehabilitationszone. Dementsprechend sind die hier vorkommenden Wurzeln weiter von den umgebenden optimierten Wachstumsbedingungen entfernt als die höher gelegenen Wurzeln. Um auch das Wachstum der tiefer gelegenen Wurzeln in Richtung der Rehabilitationszonen zu beeinflussen, wurde vor dem Einfüllen der Substrate pro Baum 12 Belüftungselemente in der Grabenmitte und auf der Sohle der Gräben stehend eingelassen (vgl. Abb. 7). Hierbei handelt es sich um HS-Baumwurzelbelüfter der Firma Funke Kunststoffe GmbH. Die geschlitztwandigen Kunststoffrohre mit DN/OD 110 mm wurden speziell für diesen Anwendungsfall mit einer Länge von jeweils 1000 mm hergestellt. 18

19 Abb. 7 Aufstellen von Belüftungselementen auf der Grabensohle der Rehabilitationszone. 4 Ergebnisse Im Rahmen von regelmäßig während der Laufzeit durchgeführten Kontrollen wurden die Bäume vermessen (Stammumfänge), visuell begutachtet und fotografisch dokumentiert. Die Rehabilitationszonen ausgewählter Gehölze (Bäume Nr. 10, 11 und 20) wurden an zwei Terminen punktuell jeweils auf Höhe der nachbehandelten und markierten Wurzeln geöffnet und der Fortschritt der Wurzelregeneration sowie der Neuwurzelbildung in diesen Bereichen der Rehabilitationszonen ebenfalls visuell begutachtet und fotografisch dokumentiert. 4.1 Kontrolle des Entwicklung der oberirdischen Baumteile Trotz der umfangreichen Pflegemaßnahmen, die regelmäßig durch Mitarbeiter der Firma Peter Stockreiter GmbH & Co. KG durchgeführt wurden, sind an einigen Gehölzen während der Laufzeit des Projektteils, neben einem Allgemein vermehrten Auftreten von durch Insekten verursachten Fraßschädigungen des Laubes, größere Schäden aufgetreten. Diese betreffen insbesondere die Bäume mit den Nummern 1, 3, 4, 6 und 7 und sind auf unterschiedliche Ursachen zurückzuführen. Bei Baum Nr. 1, einer Platane, sind großflächige Rinden- bzw. Kambialschäden zu verzeichnen. Diese gehen auf einen Sturz des Baumes zurück, zu dem es während der Freispülung des Wurzelsystems zum Zeitpunkt der Verpflanzung gekommen ist. Der Baum reagiert jedoch ausreichend gut mit der Überwallung der entstandenen Wunden. Bei der Eiche mit der Nummer 3 ist der Rückzug der Krone festzustellen. Baum Nr. 4 (Eiche) ist abgestorben. An beiden Exemplaren sind zudem vielfach kreisrunde Bohrlöcher mit Durchmesser von etwa 1-2 mm, Ausflussstellen sowie das Auftreten von Pilzfruchtkörpern an den Stämmen zu beobachten. Diese sind mit hoher Wahrschein- 19

20 lichkeit auf die Tätigkeit schädigender Insekten zurückzuführen und es muss angenommen werden, dass diese in einem direkten Zusammenhang mit den Kronenschäden bzw. den Absterbeerscheinungen stehen. Ungeachtet der Ursache ist auch Baum Nr. 3 abgängig, d.h. dieser ist im Begriff abzusterben. Die Bäume mit den Nummern 6 und 7 (Linden) weisen umfangreiche Rinden- und Kambialschäden auf, zu denen es durch Hitzeeinwirkung gekommen ist. Bedingt durch die Entwicklung der Linden innerhalb des Gehölzbestandes der alten Versuchsanlage, haben ihre Stämme eine nur geringe Sonneneinstrahlung genossen und dementsprechend eine relativ dünne Borke ausgebildet. Durch den Freistand auf dem neuen Versuchsgelände, werden die Gehölze intensiver von der Sonne bestrahlt als zuvor. Die vergleichsweise dünne Borke ist nun nicht in der Lage, die Stämme hinreichend vor einer Überhitzung zu schützen, weswegen es zur Ausbildung der umfangreichen Nekrosen gekommen ist. Beide Bäume reagieren jedoch ausreichend gut mit der Überwallung der entstandenen Wunden. Zunahme der Stammumfänge Im Kontrast zu den äußerlich sichtbaren Schäden stehen die Zunahmeraten der Stämme, die auf eine gute Wüchsigkeit der Bäume deuten. Die gemessenen absoluten Werte sind in Tabelle 4 aufgeführt (Anhang). Insbesondere bei den Eschen wurden optimale Zuwachsraten verzeichnet, die ansonsten an Exemplaren auf ungestörten Naturstandorten erwartet werden können. Diese Wachstumsleistungen sind ein guter Gradmesser für die grundsätzlich hohe Vitalität der Gehölze und verdeutlichen die hohe Anpassungsfähigkeit der verpflanzten Gehölze an die neuen Umgebungsbedingungen. 4.2 Kontrolle des Wurzelwachstums Acht und neunzehn Monate nach der Anlage der Rehabilitationszonen, wurden diese partiell an ausgewählten Gehölzen geöffnet (vgl. Abb. 4). Stellvertretend für die dort überwiegend verwendeten Gattungen- bzw. Arten fand die Begutachtung an einer Linde (Baum Nr. 10), an einer Platane (Baum Nr. 11) sowie an einer Esche (Baum Nr. 20) statt. Nach der Begutachtung wurden die freigelegten Bereiche mit dem dort zuvor ausgehobenen Substrat angefüllt und damit weitestgehend in den ursprünglichen Zustand versetzt. 20

21 Abb. 8 Partielle Öffnung des Wurzelraumes im Bereich der Rehabilitationszone Auswurzelungsverhalten Das Auswurzelungsverhalten eines Baumes beschreibt die Erschließung des umgebenden Substrates ab der Außenseite des Ballens durch die Ausbildung neuer Wurzeln. Wie bei den allermeisten Baumarten bilden auch die hier verwendeten Gehölze unter den vorgegebenen Bodenbedingungen einen großen Teil ihrer Wurzelmasse in den obersten Bodenhorizonten aus. Die Zone der intensivsten Durchwurzelung hat eine Mächtigkeit von etwa 30 cm, wobei die Tendenz zur Ausbildung oberflächennaher Wurzeln bei der Esche deutlicher ausgeprägt ist als bei der Platane oder der Linde. Da sich die Außenwand des bei der Verpflanzung eines Baumes gestochenen Wurzelballens mit zunehmender Tiefe von der Rehabilitationszone entfernt und sich die Hauptwurzelmasse durch das Wachstum der Bäume in der ehemaligen Versuchsanlage im Zentrum der Ballen befand, wurden ungleichmäßige Auswurzelungsbilder vermutet. Den Erwartungen entsprechend konzentrierte sich die Auswurzelung in die Substrate der Rehabilitationszonen zum Termin der ersten Kontrolle im Mai 2012 auf die obersten 30 cm, wobei die ersten neu gebildeten Wurzeln der Esche bereits ab einer Tiefe von etwa 6 cm, jene der Platane und der Linde ab Tiefen von jeweils etwa 15 cm unterhalb des aufgetragenen Oberboden in Erscheinung traten (vgl. Abb. 9). Die Eindringtiefen der, in den freigelegten Sektoren angetroffenen, neu gebildeten Wurzeln in die Substrate der Rehabilitationszonen betrugen bis etwa 4 cm bei der Esche, bis etwa 6 cm bei der Platane und stellenweise mehr als 10 cm bei der Linde. 21

22 a b Abb. 9 Auswurzelungsverhalten in das Substrat der Rehabilitationszonen nach 8 Monaten (im Mai 2012). a Bei Baum Nr. 20 (Esche). b Bei Baum Nr. 11 (Platane). c Bei Baum Nr. 10 (Linde). c Zum Termin der zweiten Kontrollöffnung im April 2013 ergab sich ein davon abweichendes Bild. In den Substraten der Rehabilitationszonen hatten sich bis etwa 30 cm (Esche, Platane) bzw. bis etwa 20 cm (Linde) lange Wurzelabschnitte entwickelt. Dem natürlichen Reiz der Schwerkraft folgend, hatten die neu gebildeten Wurzeln alsbald eine vertikale Wachstumsrichtung eingeschlagen. In keinem Fall konnte ein vollständiges Durchwachsen der Substrate in horizontaler Richtung beobachtet werden. Vereinzelte Wurzelstränge hielten die horizontale Wachstumsrichtung jedoch für ein längere Wegstrecke aufrecht. Dies führte im Fall der angetroffenen Lindenwurzeln zur Beobachtung, dass diese die Substrate der Rehabilitationszone lokal beinahe komplett horizontal durchquert hatten. Einzelne Wurzeln der Esche hatten das Substrate der Rehabilitationszone etwa bis zur Mitte passiert und bei den freigelegten Wurzeln der Platane war die horizontale Eindringtiefe in die Substrate vergleichsweise am geringsten ausgeprägt (vgl. Abb. 10). a b Abb. 10 Auswurzelungsverhalten in das Substrat der Rehabilitationszonen nach 19 Monaten (im April 2013). a Bei Baum Nr. 20 (Esche). b Bei Baum Nr. 11 (Platane). c Bei Baum Nr. 10 (Linde). c 22

23 4.2.2 Tiefenstreben der Wurzeln Das Tiefenstreben der Wurzeln beschreibt die Erschließung des umgebenden Substrates in vertikaler Richtung. Im Allgemeinen erreichen diejenigen Baumarten, die eine langlebige Pfahlwurzel besitzen oder kräftige Senkerwurzeln entwickeln tiefere Bodenschichten als Baumarten, die ausgeprägte Herzwurzelsysteme entwickeln oder zur Ausbildung eines flachstreichenden Wurzelsystems neigen. Das Tiefenstreben von Wurzeln lässt sich mit geeigneten Umgebungsbedingungen nachhaltig anregen. Hierzu finden leicht durchwurzelbare Substrate Verwendung, die über einen dauerhaft ausgewogenen Porenanteil verfügen. Eine Optimierung der Substrateigenschaften kann alternativ oder in Ergänzung dazu, im Sinne der Förderung des Wurzelwachstums, mittels einer Belüftung des Wurzelraumes realisiert werden. Durch die Kombination von Substraten und Belüftung wurde den Wurzeln hier eine Tiefenerschließung über die gesamte Höhe der Rehabilitationszonen, d.h. von der Oberkante bis zur Sohle, ermöglicht. Zum Zeitpunkt der zweiten Kontrollöffnung wurden auch in größeren Tiefen neu gebildete Wurzeln in den Substraten festgestellt. Die maximal beobachteten Tiefen in denen neue Wurzeln angetroffen wurden, betrugen bei der Linde und der Platane etwa 60 cm und bei der Esche etwa 50 cm. Im Zuge einer Begehung des Versuchsfeldes im September 2012, wurden die eingelassenen Belüftungselemente mittels einer eingelassenen Kamera visuell begutachtet. Dabei wurden ebenfalls Wurzelneubildungen in Tiefen von 60 cm und darüber hinaus festgestellt Feinwurzelausbildung / -verzweigung Die Feinwurzelausbildung sowie der Verzweigungsgrad der im Substrat der Rehabilitationszonen neu gebildeten Wurzeln war bei allen drei begutachteten Gehölzen durchweg hoch und stieg mit zunehmender Verweildauer der Wurzelabschnitte in den Rehabilitaionszonen an (vgl. Abb. 9 und 10) Wurzelregeneration Die Regeneration der durchtrennten Grob- und Starkwurzeln zeigte deutliche Unterschiede in Abhängigkeit des Durchmessers und damit in Abhängigkeit des Alters der Wurzeln. Da nur wenige Wurzeln begutachtet wurden, lassen sich keine allgemein gültige Aussagen treffen, tendenziell ließen sich jedoch die folgenden Phänomene wiederholt beobachten (vgl. Abbildungen Abb. 11- Abb. 13): Dünnere Wurzeln mit Durchmessern von weniger als 2 Zentimeter regenerierten schneller, d.h. innerhalb kürzerer Zeiträume, als dickere Wurzeln mit Durchmessern über 2 Zentimeter. Je größer der Durchmesser der durchtrennten Wurzel war, desto langsamer vollzogen sich die zu beobachtenden Reaktionen. 23

24 Dünnere Wurzeln mit Durchmessern von weniger als 2 Zentimeter regenerierten besser, d.h. durch die Ausbildung einer Vielzahl neuer Wurzeln in der Nähe der Schnittstellen, als dickere Wurzeln mit Durchmessern über 2 Zentimeter. Je größer der Durchmesser der durchtrennten Wurzel war, desto weniger umfangreich vollzogen sich die zu beobachtenden Reaktionen. a Abb. 11 Regenerationsverhalten von durchtrennten Starkwurzeln (Ø etwa 3,5 cm) bei Baum Nr. 20 (Esche). a Zustand nach 8 Monaten (Mai 2012). b Zustand nach 19 Monaten (April 2013). b a Abb. 12 Regenerationsverhalten einer durchtrennten Grobwurzel (Ø etwa 1,5 cm) bei Baum Nr. 11 (Platane). a Zustand nach 8 Monaten (Mai 2012). b Zustand nach 19 Monaten (April 2013). b a Abb. 13 Regenerationsverhalten einer durchtrennten Starkwurzel (Ø etwa 5,5 cm) bei Baum Nr. 10 (Linde). a Zustand nach 8 Monaten (Mai 2012). b Zustand nach 19 Monaten (April 2013). b 24

25 4.2.5 Substratverschiebung (Suffosion) Der Nachweis über mögliche vertikale Substratverschiebung (Suffosion), im Bereich der Rehabilitationszonen, lässt sich nur durch den Ausbau der eingelassenen Stechzylinder und deren anschließende Analyse führen. Die Bergung der Gefäße ist für das dritte Teilprojekts Anlage von Versuchsgräben mit wurzelabweisenden Verfüllmaterialien im Wurzelbereich von Bäumen im Rahmen der ohnehin notwendigen Grabungsarbeiten vorgesehen, so dass an dieser Stelle noch keine Ergebnisse dargestellt werden können Belüftungssituation Die Belüftungssituation im Bereich der Rehabilitationszonen wurde durch den Einbau zahlreicher Belüftungselemente maximiert. Mit Blick auf die Herstellung relativ homogener Ausgangsbedingungen für weitere Forschungen wurde angestrebt, die Wurzeln in den gesamten Bereich der Rehabilitationszonen zu führen. Mit zunehmender Tiefe der Gräben entfernt sich die ursprüngliche (Wurzel-)Ballen-Außenwand in einem immer stärkeren Maße. Dementsprechend müssen diese tiefen Bereiche optimal mit Sauerstoff (Luft) versorgt sein, damit sich die wachsenden Wurzeln gezielt in diese Richtung orientieren. Da keine weiteren Untersuchungen stattgefunden haben, müssen die tatsächlichen Verhältnisse bezüglich der Bodenluft und des Eintrages dieser über die eingebrachten Baumwurzelbelüfter unbeziffert bleiben. Die während der Kontrollöffnungen und während der Kamerainspektion beobachteten Wurzelneubildungen in tieferen Bereichen der auf diese Weise belüfteten Substrate in den Rehabilitationszonen sowie in und an den geschlitztwandigen Kunststoffrohren selbst, deuten auf einen nachhaltigen Einfluss der Belüftungselemente auf das Wurzelwachstum durch die optimale Versorgung der tieferen Substratschichten mit Luft (vgl. Abb. 14). a Abb. 14 Neubildung von Wurzeln im Bereich der Belüftungselemente a In einer Tiefe von etwa 30 cm bei Baum Nr. 10 (Linde). b In einer Tiefe von etwa 70 cm bei Baum Nr. 19 (Platane). b 25

26 5 Bewertung 5.1 Entwicklung der oberirdischen Baumteile Die festgestellten Schäden an den Kronen und Stämmen sind nicht auf Vorgänge während des Verpflanzens oder auf Vorgänge, die während der Anlage der Rehabilitationszonen stattgefunden haben, zurückzuführen. Lediglich die an Baum Nr. 1 (Platane) festgestellten Rindenschäden sind zum Zeitpunkt der Gehölzumsetzung auf das neue Versuchsfeld entstanden. Grundsätzlich ist jedoch in keinem Fall der Einfluss der angelegten Rehabilitationszonen ursächlich für die entstandenen Schäden. Aufgrund der Erfahrungen mit dem Einfluss der zu beobachtenden Schäden auf die Gehölzentwicklung sowie dem aktuellen Zustand der Bäume auf dem Versuchsfeld, lassen sich diese wie nachstehend aufgezeigt bewerten. Der Baum mit der Nummer 1 (Platane) wird aller Voraussicht nach dazu in der Lage sein, die Wunden komplett zu überwallen, so dass nicht mit dem Auftreten von nachhaltigen Schäden zu rechnen ist. Es kann somit davon ausgegangen werden, dass dieser Baum in der Versuchsanordnung belassen werden kann. Die Bäume mit den Nummern 3 und 4 (Eichen) sind weiterhin abgängig (Baum Nr. 3) bzw. bereits abgestorben (Baum Nr. 4). Baum Nr. 3 erhält somit eine ungünstige Prognose. Beide Eichen sollen aus der Planung einer zukünftigen Versuchsreihe ausgeschlossen und alsbald entnommen werden. Die Bäume mit den Nummern 6 und 7 (Linden) erhalten trotz des Umfanges der Kambialnekrosen eine günstige Prognose und können daher, jedoch unter Vorbehalt, in die weitere Planung einbezogen werden. Aufgrund des beträchtlichen Umfanges der Nekrosen und den sich dadurch möglicherweise noch zu einem späteren Zeitpunkt einstellenden Folgeschäden, ist ein Verbleib dieser beiden Bäume in der Versuchsanordnung ungewiss. Zum aktuellen Zeitpunkt spricht aufgrund des geringen Alters der Bäume und ihrer guten Wundreaktionen jedoch nichts dagegen, beide Bäume in der Versuchsanordnung zu belassen. Die an den weiteren Gehölzen zu beobachtenden Kronenschädigungen haben insgesamt einen sehr viel geringeren Umfang und sind durchweg vernachlässigbar. Etwaige Fehlentwicklungen in den Kronen dürfen in Anbetracht der Zuwachsleistungen der Bäume nicht über ihre ansonsten hohe Vitalität hinwegtäuschen (vgl. Tabelle 4 und Abbildungen Abb. 15 bis Abb. 22, Anhang). Da keine weiteren Untersuchungen durchgeführt wurden, muss vorerst unbestimmt bleiben, in wie weit die zum Teil starke Zunahme der Stammumfänge auf die veränderte Exposition der Bäume (Anpassung auf eine erhöhte Windlast) und/oder auf den das Wachstum fördernden Einfluss der Rehabilitationszonen zurückzuführen sind. 26

27 5.2 Entwicklung der Wurzeln Da von jeder Baumart (Esche, Platane und Linde) jeweils nur ein Exemplar zur Kontrolle begutachtet wurde, ist ein Vergleich des Auswurzelungsverhaltens in Abhängigkeit vom verwendeten Substrat in den Rehabilitationszonen derzeit noch nicht möglich. Das beobachtete Auswurzelungsverhalten muss zudem auch vor dem Hintergrund bewertet werden, dass die Kontrollöffnungen lediglich einen jeweils eng begrenzten Ausschnitt der Gesamtentwicklung der Wurzeln in den Rehhabilitationszonen ermöglicht haben. Da die Zuwachsraten der Wurzeln von Eschen, Platanen und Linden am Naturstandort nicht signifikant voneinander abweichen kann angenommen werden, dass insbesondere die Eindringtiefen der neu gebildeten Wurzeln in die Substrate der Rehabilitationszonen bei diesen drei Baumarten vergleichbare Werte erreicht haben. Dies wird durch die beachtlichen Längenzuwächse, die zum Zeitpunkt der zweiten Kontrollöffnung beobachtet werden konnten, bestätigt. Die Feinwurzelausbildung und der Verzeigungsgrad der sich in den Substraten der Rehabilitationszonen neu entwickelten Wurzeln war ebenfalls optimal, d.h. entsprechend den Entwicklungen, die an einem ungestörten Naturstandort erwartet werden können. Aufgrund der hier notwendigen ausschnittsweisen Betrachtung, lässt sich kein Allgemeiner Trend aus den Beobachtungen ableiten. Dennoch zeugen sowohl die Wurzelentwicklung als auch die Wurzelregenerationen bei den untersuchten Baumarten im Substrat der Rehabilitationszonen (VulkaTree 0/16 bzw. VulkaTree 0/32) von bestmöglichen Umgebungsbedingungen. Den vorliegenden Erkenntnissen nach zu beurteilen, haben auch die an den Standorten eingesetzten Baumwurzelbelüfter (Typ HS) ihre Wirkung entfalten können. Die Wurzeln orientieren sich, ausgehend vom umgebenden Substrat des ursprünglichen Wurzelballens, in Richtung der gut durchlüfteten Zonen der Rehabilitationszonen. Die durch die Baumwurzelbelüfter optimierte Belüftungssituation in den tieferen Schichten der Rehabilitationszonen hat nachweislich zur Ausbildung einer Vielzahl von neuen Wurzeln in diesen Bereichen geführt. 5.3 Resümee Die in diesem Teilprojekt durchgeführte Anlage von Rehabilitationszonen an verpflanzten Großbäumen kann als geglückt eingeschätzt werden. Das beabsichtigte Vorhaben, im Wurzelraum von Bäumen gezielte Wachstumsreize zur Förderung des Wurzelwachstums zu setzen und so eine gute Ausgangsbasis für weitergehende Untersuchungen an Großbäumen im Maßstab 1:1 sicherzustellen, konnte erfolgreich realisiert werden. Auf Basis der punktuell an drei Standorten durchgeführten Aufgrabungen zur Dokumentation der Wurzelentwicklung in den eingesetzten Substraten der Rehabilitationszonen und dem durchmesserabhängigen Regenerationsverhalten nach Wurzelrückschnitt, kann davon ausgegangen werden, dass durch die Maßnahmen das Hauptziel 27

28 erreicht werden konnte, die Hauptmasse der nun neu gebildeten Wurzeln in zuvor definierte Zonen (Rehabilitationszonen) zu konzentrieren. Hierdurch sind nun die weitestgehend gleichen Ausgangsbedingungen im Wurzelraum aller verpflanzten Bäume für angestrebte Folgeprojekte geschaffen worden. 6 Ausblick Bäume und unterirdische Ver- und Entsorgungsanlagen tragen auf unterschiedliche Weise maßgeblich zur Steigerung bzw. zum Erhalt der Lebensqualität bei. Die Ziele müssen jeweils im Einzelfall in Einklang gebracht werden. (vgl. [1]) Um dennoch mögliche Wege zur gemeinsamen Nutzung des Raums durch Bäume sowie unterirdische Leitungen und Kanäle zu verdeutlichen, werden im Merkblatt Bäume, unterirdische Leitungen und Kanäle die entsprechenden Zusammenhänge kompakt dargestellt und Empfehlungen für Planung, Bau, Betrieb, Unterhalt (Instandhaltung) und Sanierung gegeben. Zielgruppen sind Netzbetreiber, Grünflächen- und Forstverwaltungen, Straßenbaulastträger, Kommunalverwaltungen, Tiefbauunternehmen, Unternehmen des Garten-, Landschafts- und Sportplatzbaus sowie allgemein Bauingenieure, Landschaftsarchitekten, Planer und Sachverständige. (vgl. [1]) Bei der Unterschreitung eines Mindestabstandes zwischen Baum und unterirdischen Bauwerken, aber auch bei Baumaßnahmen in Bereichen, in denen Bäume ihr Wurzelwerk ausgebildet haben, sollen nach [1] weiterführende Schutzmaßnahmen erwogen werden. Zu den weiterführenden Schutzmaßnahmen gehören sowohl Maßnahmen im Leitungsgraben (passive Schutzmaßnahmen) als auch Maßnahmen unmittelbar am Baumstandort (aktive Schutzmaßnahmen) [1]. Die in diesem Vorhaben erzielten Ergebnisse verdeutlichen das Potential von Substraten mit optimierten Eigenschaften zur Beeinflussung des Wurzelwachstums. Die eingesetzten Substrate mit einem hohen Porenanteil tragen nach dem Umpflanzen von Großbäumen zu einer erhöhten Regenerationsrate von Wurzeln am betreffenden Standort bei. Grundsätzlich stellt jede Neupflanzung eines Baumes zugleich auch eine Umpflanzung dar. Die Wurzeln entwickeln sich an einem neuen Standort stets in Abhängigkeit von den dort vorherrschenden Standortbedingungen. Die Wurzelentwicklung kann sowohl bei der Neupflanzung jüngerer Bäume als auch bei der Verpflanzung älterer Bäume maßgeblich durch die Wahl von für den jeweiligen Zweck geeigneten Substraten beeinflusst und hierdurch die Wurzeln in zuvor definierte Bereiche geführt werden. Porenraumarme Bodenbereiche, wie sie z.b. durch den Einbau von fließfähigen Verfüllmaterialien im Leitungsgraben entstehen, können als passive Schutzmaßnahme (vgl. [1]) das Einwurzelrisiko verringern. Aufgrund dieser Charakteristik lassen sich durch den Einbau porenraumarmer Bodenbereiche Beschädigungen durch wachsende Wurzeln an den Komponenten der unterirdischen Infrastruktur, wie z.b. Leitungen oder Kanälen, verringern bzw. vollständig vermeiden. 28

29 Die im Rahmen des hier beschriebenen Vorhabens erstellte Versuchsanlage und die bisher erzielten Untersuchungsergebnisse liefern die Basis für die Durchführung der weiteren Langzeitversuche im Wurzelraum der umgepflanzten Großbäume. Hauptaugenmerk künftiger Untersuchungen ist die praktische Anwendbarkeit porenraumarmer Verfüllmaterialien zum Leitungsschutz in der In-situ-Situation Leitungsgraben neben Baumstandort. Dies kann z.b. auch durch gemeinsamen Einbau mit Wurzelwachstum fördernden Substrate im Wurzelbereich und wurzelabweisenden (porenraumarmen) Verfüllmaterialien im geplanten Leitungsbereich erfolgen (vgl. Phase III in Abb. 1). Beispielhaft sind in Abb. 23 fünf unterschiedliche Einbauvarianten für Rohrleitungen entlang der Baumstandorte unter Variation der Zonen für wurzelabweisende, porenraumarme Verfüllstoffe und Wurzelwachstum fördernde, porenreiche Substrate dargestellt (siehe Anlage). Durch die Veröffentlichung des Merkblatts Bäume, unterirdische Leitungen und Kanäle im Februar 2013, hat sich die Relevanz der Untersuchungen in der 3. Projektphase Anlage von Versuchsgräben mit wurzelabweisenden Verfüllmaterialien im Wurzelbereich von Bäumen für die Praxis verstärkt. 29

30 7 Anhang Tabellen- und Fotodokumentation 30

31 Tabelle 4: Stammumfänge und -durchmesser der Gehölze in einem Meter Höhe zum Zeitpunkt der Umpflanzung im Vergleich mit entsprechenden Werten 12 und 24 Monate nach der Anlage der Rehabilitationszonen Baum Nr. Stammumfang (U) [mm] Stammdurchmesser (d) [mm] Zuwachs (U/d) [mm] Baumart / 3 Platanus hispanica / - Ginkgo biloba / - Quercus robur / 3 Quercus robur / 10 Platanus hispanica / 22 Tilia intermedia cv. Pallida / 16 Tilia intermedia cv. Pallida / 39 Fraxinus excelsior / 13 Platanus hispanica / 16 Tilia intermedia cv. Pallida / 13 Platanus hispanica / 19 Tilia intermedia cv. Pallida / 20 Fraxinus excelsior / 28 Fraxinus excelsior / 19 Tilia intermedia cv. Pallida / 6 Platanus hispanica / 16 Tilia intermedia cv. Pallida / 28 Fraxinus excelsior / 9 Platanus hispanica / 28 Fraxinus excelsior / 35 Platanus hispanica / 38 Platanus hispanica / 19 Tilia intermedia cv. Pallida / 22 Tilia intermedia cv. Pallida 31

32 Baum Nr. 1, Platane (2011) (2012) (2013) Baum Nr. 2, Ginkgo (2011) (2012) (2013) Baum Nr. 3, Eiche (2011) (2012) (2013) Abb. 15 Kronenzustände der Gehölze während der Projektphase im Vergleich. Bäume Nr. 1 3 zu den Zeitpunkten 13. September 2011, 28. August 2012 und 30. August

33 Baum Nr. 4 Eiche (2011) (2012) (2013) Baum Nr. 5, Platane (2011) (2012) (2013) Baum Nr. 6, Linde (2011) (2012) (2013) Abb. 16 Kronenzustände der Gehölze während der Projektphase im Vergleich. Bäume Nr. 4 6 zu den Zeitpunkten 13. September 2011, 28. August 2012 und 30. August

34 Baum Nr. 7, Linde (2011) (2012) (2013) Baum Nr. 8, Esche (2011) (2012) (2013) Baum Nr. 9, Platane (2011) (2012) (2013) Abb. 17 Kronenzustände der Gehölze während der Projektphase im Vergleich. Bäume Nr. 7 9 zu den Zeitpunkten 13. September 2011, 28. August 2012 und 30. August

35 Baum Nr. 10, Linde (2011) (2012) (2013) Baum Nr. 11, Platane (2011) (2012) (2013) Baum Nr. 12, Linde (2011) (2012) (2013) Abb. 18 Kronenzustände der Gehölze während der Projektphase im Vergleich. Bäume Nr zu den Zeitpunkten 13. September 2011, 28. August 2012 und 30. August

36 Baum Nr. 13, Esche (2011) (2012) (2013) Baum Nr. 14, Esche (2011) (2012) (2013) Baum Nr. 15, Linde (2011) (2012) (2013) Abb. 19 Kronenzustände der Gehölze während der Projektphase im Vergleich. Bäume Nr zu den Zeitpunkten 13. September 2011, 28. August 2012 und 30. August

37 Baum Nr. 16, Platane (2011) (2012) (2013) Baum Nr. 17, Linde (2011) (2012) (2013) Baum Nr. 18, Esche (2011) (2012) (2013) Abb. 20 Kronenzustände der Gehölze während der Projektphase im Vergleich. Bäume Nr zu den Zeitpunkten 13. September 2011, 28. August 2012 und 30. August

38 Baum Nr. 19, Platane (2011) (2012) (2013) Baum Nr. 20, Esche (2011) (2012) (2013) Baum Nr. 21 Platane (2011) (2012) (2013) Abb. 21 Kronenzustände der Gehölze während der Projektphase im Vergleich. Bäume Nr zu den Zeitpunkten 13. September 2011, 28. August 2012 und 30. August

39 Baum Nr. 22, Platane (2011) (2012) (2013) Baum Nr. 23, Linde (2011) (2012) (2013) Baum Nr. 24, Linde (2011) (2012) (2013) Abb. 22 Kronenzustände der Gehölze während der Projektphase im Vergleich. Bäume Nr zu den Zeitpunkten 13. September 2011, 28. August 2012 und 30. August