Erfahrungsbericht aus der Forschung in Bingen und Geisenheim
"Unkräuter" in der Dach- und Fassadenbegrünung
von: Elke Hietel, M. Sc. Maren Stollberg, Prof. Dr. Alexander von BirgelenVersuche in Bingen und Geisenheim
Unter dem #Krautschau zeigen Pflanzen was sie können. Eingequetscht aus einer Fuge herauswachsend, beschriftet, fotografiert und getwittert sollen die grünen "Kämpfernaturen" mehr Bewusstsein für urbanes Grün schaffen (Krohmer 2022). Aber ist es möglich, solche "Kämpfernaturen" oder auch "Unkräuter" genannt in Begrünungssysteme einzuplanen? Dazu haben wir an zwei Forschungsstandorten in Bingen und Geisenheim Versuche zur Bauwerksbegrünung mit unterschiedlichen Versuchsfragen durchgeführt. Eine verbindende Fragestellung war der Umgang beziehungsweise die Integration von Spontanvegetationen, in die Dach- und Fassadenbegrünung. Diese wurde von Beginn an in das Begrünungskonzept eingeplant, später bewusst integriert, toleriert oder entfernt. Zu Beginn beider Versuche stellte sich die Frage, ob und in welchem Umfang sich Spontanvegetation ansiedeln kann.
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Bauwerksbegrünung hat vielfältige positive ästhetische, klimatische aber auch ökologische Effekte, die von den Standortbedingungen und der Pflegeintensität abhängig sind (z. B. Perini and Rosasco 2013; Pfoser et al. 2013). So können Dach- als auch wandgebundene Fassadenbegrünungen artenreiche, bodenunabhängige Grünflächen im dicht versiegelten urbanen Raum schaffen (Francis und Lorimer 2011; Weinmaster 2009). Eine wichtige Voraussetzung zur Erreichung dieser Effekte ist eine funktionierende Begrünung in der die Pflanzen vital sind. Dafür können sich spontan ansiedelnde Arten entweder eine standortangepasste Bereicherung der Vegetation oder einen erhöhten Pflegeaufwand darstellen. Dabei spielt auch eine Rolle, ob durch das Zulassen von Spontanvegetation gebietsfremde und vielleicht sogar invasive Arten (Neophyten) gefördert werden.
Wir haben an der TH Bingen und der Hochschule Geisenheim den Wildanflug in unseren Versuchen zur Dach- und Fassadenbegrünung untersucht. In dem vom BMU geförderten Projekt "Effizientes Innovatives Gebäudegrün" (EffinGrün) der TH Bingen wurde von 2019 bis Anfang 2022 mit Hilfe quantitativer Messungen ein semi-intensives Dachgrünsystem entwickelt, das bei geringer Substratmächtigkeit (<15 cm) auf allen Dächern nachrüstbar ist und durch ein autarkes, solarbetriebenes Regenwasser-Bewässerungssystem effizient das Mikroklima abkühlt, THG-neutral oder absorbierend ist, Wasser zurückhält, Biodiversität fördert und die Feinstaubdeposition erhöht (Hietel et al. 2020).
Extensive, nicht bewässerte Dachbegrünungen sind im Hinblick auf Klimaabkühlung nicht effizient, unter anderem weil ihre Evapotranspirationsleistung bei trocken-heißer Witterung im Sommer, wenn die Verdunstungskälte besonders wichtig wäre, als gering einzustufen ist (Deutscher Dachgärtnerverband e. V. 2017, Köhler 2012, Schmauck 2019). Auch die Klimaschutzeffizienz, das heißt die CO2- Sequestrierung der mit Sedum begrünten extensiven Dächer und die Biodiversität sind relativ gering (Hietel et al. 2016, Shafiquea et al. 2020). Intensive Dachbegrünungen mit größerer Substratstärke (über 25 cm) sind dagegen deutlich effizienter. Diese erfordern einen höheren Pflege- und Kostenaufwand und es entstehen hohe Dachlasten, für die das Dach statisch ausgelegt sein muss. Das Projekt hat sich deshalb auf semi-intensives Dachgrün fokussiert, das heißt bewässerte Gründächer mit einer Substratmächtigkeit von weniger als 15 Zentimeter. Die Untersuchungen fanden auf einer Versuchsdachfläche auf dem Campus der TH Bingen statt sowie auf einem Dach der Gutenberg Universität Mainz.
Die Bepflanzung erfolgte 2019. Das Versuchsdach auf dem Campus wurde neu angelegt, während in Mainz ein bestehendes extensives Gründach nachbepflanzt wurde. Ein Teil der Parzellen des Versuchsdachs wurde als Vergleichsflächen extensiv mit Sedum-Arten begrünt. Für die semi-intensive Begrünung wurden insgesamt 20 Pflanzenarten verwendet, die trocken- und hitzetolerant und zur Erhöhung der Attraktivität teilweise essbar waren (Abb. 3). Auf einer Teilfläche des Versuchsdach sollte sich spontane Sukzessionsflora entwickeln. Dieser Wildanflug wurde auf der gesamten Versuchsdachfläche im August 2020 und im Oktober 2021 kartiert. Auf dem Untersuchungsdach in Mainz wurde die Spontanflora nur überschlägig in Bezug auf die dominierenden Arten erfasst.
Auf dem Hochschulcampus in Geisenheim wurde von 2017 bis 2019 das Projekt: "Begrünte Fassadenkacheln" durchgeführt (Stollberg et al. 2021). Unterschiedliche Pflanzmischungen und eine Aussaat begrünten das neuartige, textile Living wall System (Abb. 4). Die unbepflanzte Kontrollvariante wurde zusammen mit den drei begrünten Varianten randomisiert und in vierfacher Wiederholung an Versuchswänden installiert. Die Versuchswände, exponiert in alle Himmelsrichtungen, ermöglichten die Untersuchung der unterschiedlichen Lichtverhältnisse.
Pflegeschritte in den Versuchen
Zu einer gut geplanten Dach- und Fassadenbegrünung gehört ein Pflegekonzept, das die Instandhaltung der Begrünung garantiert. Am Versuchsstandort in Bingen wurden die Untersuchungsflächen in den Sommermonaten mit 2 Millimeter pro Quadratmeter Wasser täglich bewässert. Eine einmalige Düngung erfolgte 2019. Ansonsten war der Pflegeaufwand sehr gering. In den ersten beiden Jahren nach der Anlage der Campusversuchsfläche waren außer der sporadischen Entnahme von Gehölzkeimlingen (im Randbereich der Fläche) keine Pflegemaßnahmen erforderlich. In Mainz war keine Pflege erforderlich.
In Geisenheim wurde in die Versuchsflächen eine geschlossene und automatische Bewässerung mit Düngung integriert. Die Nährlösung wurde wöchentlich kontrolliert und die Zisterne aufgefüllt. Weitere Pflegeeinheiten und unter anderem ein gelegentlicher Rückschnitt waren überschaubar. In monatlichen Abständen wurden "störende" Wildkräuter entfernt. In den gepflanzten Varianten und der unbepflanzten Kontrollmatte wurden fast alle wild angeflogenen Arten entfernt. Die Ausnahme bildeten hier Moose und das Mastkraut (Sagina procumbens), welche bewusst belassen wurden, da sie eine interessante ästhetische Wirkung zeigten. In der Aussaatvariante wurden alle Arten belassen.
Vegetationsaufnahmen an Wand und Dach
Bingen
Auf dem Versuchsdach der TH Bingen konnten bei den Kartierungen 34 Pflanzenarten gefunden werden, die sich spontan angesiedelt hatten (Tab. 1). Der überwiegende Verbreitungstyp der gefundenen Pflanzenarten ist die Anemochorie, also die Ausbreitung durch den Wind, die es ermöglicht auch hochgelegene Dächer schnell zu begrünen. Bei den ökologischen Strategietypen (nach Kühn und Klotz 2002) überwiegen die Konkurrenzstrategen, also mehrjährige Pflanzenarten mit hoher Konkurrenzkraft, teilweise auch mit hoher Stresstoleranz zum Beispiel gegenüber trockenen und mageren Standorten beziehungsweise mit Übergängen zu konkurrenzkräftigen Ruderalstrategen, bei denen es sich oft um kleinwüchsige, ausdauernde Pflanzen handelt, die sehr gut räumlich-zeitliche Nischen nutzen können (z. B. Frühlingsblüher). Reine Ruderalstrategen, die meist einjährig sind und konkurrenzarme, instabile Pionierstandorte besiedeln, waren dagegen kaum zu finden.
Die relativ schnell ablaufende Besiedlung des Versuchsdachs durch die Spontanflora ist über die Drohnenaufnahmen zu erkennen (Abb. 6). Vom ursprünglichen Schachbrettmuster der angelegten extensiven und semi-intensiven Parzellen ist vier Monate nach der Bepflanzung wenig zu erkennen. Die spontan angesiedelten Arten haben dabei vor allem die Freiflächen und die extensiv bepflanzten Parzellen zur Etablierung genutzt. Entsprechend waren sie für einen starken Rückgang der Sedum-Arten in den extensiven Parzellen verantwortlich, während sich die meisten gepflanzten Arten behaupten konnten.
Auf der Untersuchungsfläche in Mainz konnten zwar deutlich weniger Arten gefunden werden, jedoch bildeten diese in kürzester Zeit eine nahezu vollständige Bedeckung. Hauptverantwortlich im Sommer 2020 war hierfür der Hasenklee (Trifolium arvense). Diese Art bildete bereits kurze Zeit nach Inbetriebnahme der Bewässerung dominante Vorkommen auf der gesamten Fläche (Abb. 5). Im darauffolgenden Jahr war Trifolium arvense fast verschwunden und vor allem die Bunte Kronwicke (Securigera varia) dominierte. Insgesamt haben wir hier eine sehr dynamische Veränderung der Spontanflora beobachtet.
Geisenheim
In Geisenheim wurden die wild angeflogenen Arten unterschiedlich dokumentiert. Aus allen Varianten wurden Moosproben entnommen und bestimmt (1). Bei den Pflanzvarianten Bodendecker und Kaskade haben wir im Mai und Juli 2017 die wild angeflogenen Arten aufgenommen (2). Für die Aussaatvariante wurde eine visuelle Auswertung der Arten im Versuchsverlauf anhand von Fotos durchgeführt (3). Am Ende des Versuches wurden die Arten auf den Kontrollvarianten bestimmt und die Biomasse von Moosen, Wildkräutern und dem Mastkraut ermittelt (4). Im Allgemeinen wurden einige Arten wie Mastkraut (Sagina procumbens), verschiedene Löwenzahnarten (Taraxacum spec.) oder Vogelmiere (Stellaria media) an allen Varianten gefunden (Tab. 3).
(1) Wir haben schon kurz nach Versuchsbeginn beobachtet, dass sich Moose selbst angesiedelt hatten. Dies wurde auch schon in anderen Studien beobachtet (Riley et al. 2019). Im Oktober 2018 haben wir Moosproben gesammelt und bestimmen lassen. Hauptsächlich wurde das Drehmoos (Funaria hygrometrica) gefunden (Abb. 7). Die Moose und das Mastkraut zeigten eine ästhetisch ansprechende Wirkung und führten zu einem höheren Bedeckungsgrad. Da diese sich gut in das Pflanzenbild integrierten, wurden sie im weiteren Versuchsverlauf belassen.
(2) Die Varianten Bodendecker und Kaskade wurden mit Stauden bepflanzt. Diese wuchsen langsam und ergaben Lücken in die sich insbesondere zum Versuchsstart einige Wildkräuter ansiedelten. Die Bestimmung der Wildkräuter ergab, dass sich keine seltenen Arten ansiedelten (Tab. 3). In den Sichtungen wurden überwiegend die gleichen Arten beobachtet und in den Pflegegängen entfernt.
(3) Während des Versuchszeitraums haben wir alle Varianten monatlich fotografiert. Mit den Fotos wurde eine visuelle Vegetationsaufnahme der Arten auf der Aussaatvariante gemacht. Hierbei haben wir den Bedeckungsgrad der visuell erfassbaren Arten dokumentiert und so auch spontan angesiedelte Arten entdeckt (Tab. 2, 3). Es wurde deutlich, dass die Anzahl und der Bedeckungsgrad im Laufe der Versuchszeit zugenommen hat. Zu erwähnen ist, dass der Gundermann (Glechoma hederacea) ziemlich wahrscheinlich von einer anderen Pflanzvariante auf die Aussaatvariante gewandert ist. Die Vogelmiere (Stellaria media) führte zu einem hohen Bedeckungsgrad und wirkte attraktiv. Auch auf den anderen Varianten fanden wir einen hohen Bedeckungsgrad vom Mastkraut (Sagina procumbens). Diese Arten sind für die vertikale Begrünung zu empfehlen.
(4) Am Ende der Versuchsreihe wurde im Oktober 2019 eine Endauswertung der begrünten Vegetationsträger durchgeführt. An den unbepflanzten Kontrollvarianten haben sich im Laufe des Versuchszeitraumes verschiedene Arten angesiedelt, die im Oktober 2019 untersucht wurden (Abb. 8, Tab. 3). Hierbei konnten wir sehen, dass sich an den verschieden exponierten Wänden unterschiedliche Pflanzenarten ansiedelten: An der Nordwand gab es deutlich mehr Moose und eine insgesamt höhere Trockenmasse. An der Südwand wurde viel Mastkraut (Sagina procumbens) gefunden und im Vergleich zur Ost- und West Ausrichtung auch eine hohe Trockenmasse. An der Ost- und Westwand wurden sowohl Mastkraut, Moose und Wildkräuter dokumentiert. An der Ost-, West-, und Südwand war das Aufkommen der Wildkräuter in etwa gleich, während wir an der Nordwand sehr wenig Wildanflug fanden. Weiterhin haben wir beobachtet, dass sich auch auf der Rückseite des textilen Vegetationsträgers Wildkräuter und Moose angesiedelt hatten.
Potential der Spontanbegrünung an Wand und Dach
An beiden Versuchsstandorten haben wir unterschiedliche Erfahrungen mit den wild angeflogenen Arten gemacht. Es gab nur wenige Arten, die an beiden Standorten vorkamen. Dazu gehörten: Taraxacum spec., Poa annua, Populus spec., Salix caprea oder spec., Senecio vulgaris, Artemisia spec., Bromus spec., Carex spec., Erigeron annuus und Lactuca serriola.
Am Standort in Bingen wurde die Spontanvegetation direkt in das Begrünungskonzept eingeplant. Es zeigte sich zu Beginn eine sehr dynamische Entwicklung der Spontanflora, die jedoch schnell in einen stabilen Lebensraum überging, wie die Dominanz der mehrjährigen Konkurrenzstrategen zeigte. Durch eine schnell geschlossene Vegetationsdecke siedelten sich nur wenig Gehölze an und diese nur in den Randbereichen, wodurch kaum Pflege notwendig war. Insgesamt fanden sich auch nur relativ wenige Neophyten: lediglich sechs Arten, also mit circa 18 Prozent Anteil deutlich weniger als in urbanen Lebensräumen zu erwarten, in denen Neophyten typischerweise 40-50 Prozent des Pflanzenartenbestandes ausmachen (Kowarik 2003). Stattdessen wird bei Spontanbegrünung die Biodiversität gefördert durch das Zulassen natürlicher Prozesse und die schnelle Entwicklung einer artenreichen Vegetationsdecke. Solche artenreichen Begrünungen sind deutlich resilienter, zum Beispiel bei technisch bedingtem Ausfall der Bewässerung, im Vergleich zu Begrünungen, die nur auf wenigen Arten basieren (Lundholm et al. 2010).
Die Einbindung von Wildanflug könnte eine Lösung für die aktuelle Problematik bei der Pflanzenverwendung in der Dachbegrünung darstellen. Während bei extensiven Dachbegrünungen wegen der extremen Standortbedingungen die Pflanzenauswahl eingeschränkt ist, werden für semi-intensive oder intensive Dachbegrünungen Saatmischungen oder Pflanzungen mit einer großen Vielzahl an Pflanzenarten angeboten. Dabei ist ein Problem, dass eine vollständige Bedeckung durch die Pflanzen gar nicht oder erst nach längeren Zeiträumen erreicht werden kann. Ein hoher Bedeckungsgrad ist jedoch entscheidend für stadtökologisch effiziente Dachbegrünungen (vgl. u. a. Lermen 2005, Hietel et al. 2020). Vor allem mit der Erfahrung aus dem Versuch ist denkbar, dass die Lücken in der Vegetation durch Spontanbegrünung rasch gefüllt werden können.
Auch für die wandgebundene Fassadenbegrünung ist die Einbindung von Wildanflug in das Pflanzkonzept durchaus denkbar. Bekannt ist die Ansiedelung von Spontanvegetation beispielsweise von alten Gemäuern. Hier wurde in einer Studie eine hohe Anzahl verschiedener Arten gefunden (Benvenuti et al. 2016). In Dvorak et al. 2021 wurden unter (sub)tropischen Klima, heimische Arten für eine Living wall verwendet, diese etablierten sich erfolgreich. In unserem Versuch zur wandgebundenen Fassadenbegrünung wurden die wild angeflogenen Arten im Versuchsverlauf bewusst integriert, toleriert oder entfernt. Potenzielle Problemarten für die Pflanzung wie zum Beispiel Löwenzahn oder Disteln wurden entfernt. In den Aussaatvarianten tolerierten wir die "Unkräuter" da sie eine Ergänzung darstellten, nicht störten und für einen geschlossenen Bedeckungsgrad sorgten. Insgesamt haben sich Moose und das Mastkraut als optimale Ergänzung zur Pflanzung bewiesen.
Die Selbstbesiedelung mit Moosen ist eine gute Option zur Begrünung vertikaler Wandbegrünungssystemen. Es scheint eine erfolgreichere Strategie zu sein, die richtigen Bedingungen für Moosansiedelung zu schaffen anstatt Moose anzuimpfen. Aber zu beachten ist, dass Moose eine bestimmte Pflege und Bewässerung brauchen. Insgesamt empfehlen wir auch für die wandgebundene Fassadenbegrünung Spontanansiedelung im Konzept mitzudenken. Im Gegensatz zur Dachbegrünung gibt es zur Pflanzeneignung bei der wandgebundenen Fassadenbegrünung weniger Erfahrung und wissenschaftliche Fakten. Außerdem wird eine vertikale Begrünung anders wahrgenommen als eine Dachbegrünung oder ein "normaler" Grünraum, daher ist die Einbindung von Wildanflug in die wandgebundene Fassadenbegrünung eine Herausforderung. In beiden Versuchen haben wir positive Aspekte durch Spontanvegetation beobachtet und sehen dies als Ergänzungsstrategie bei der Begrünung von Dach- und Fassade.
Literatur
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