i-Tree - Ein klimaadaptives Bewertungstool

Das in den USA entwickelte Software-Programm "i-Tree" ermöglicht die quantitative Ermittlung und monetäre Umrechnung von Ökosystemleistungen urbaner Bäume und Wälder. In einem vom Schweizerischen Bundesamt für Umwelt (BAFU) finanzierten Projekt zur Klimawandelanpassung wird das Programm zusammen mit lokalen Klima- und Bevölkerungsdaten erstmals schweizweit in sieben Partnerstädten und einem Kanton simultan angewendet.

Die erfassten Daten der baumspezifischen Ökosystemleistungen bilden die Grundlage für die Erarbeitung von Strategien und Instrumenten für die nachhaltige Planung und den Unterhalt von urbanen Bäumen und Wäldern.

Städtische Bäume und Wälder

Städtische Grünanlagen und insbesondere Stadtbäume und Wälder nehmen in der Gesellschaft an Bedeutung stetig zu, sei es durch die Möglichkeit der Raumgestaltung, die Förderung von Gesundheit und Wohlbefinden, die Ästhetik eines ausgewachsenen Baumes oder durch die Ökosystemleistungen, die in einem klimaadaptiven Grünraummanagement zukünftig eine zentrale Rolle einnehmen werden. Der Begriff der Ökosystemleistungen fand durch das Millenium Ecosystem Assessment (2005) Einzug in die wissenschaftlichen und politischen Diskussionen und wird definiert als "Beiträge von Ökosystemen zum menschlichen Wohlergehen", das heißt Leistungen und Güter, die dem Menschen einen direkten oder indirekten wirtschaftlichen, materiellen, gesundheitlichen oder psychischen Nutzen bringen (TEEB DE 2015 und 2016). Insgesamt sind mehr als 80 Ökosystemleistungen beschrieben. Viele Ökosystemleistungen haben das Potential, das lokale Mikroklima zu regulieren und damit unmittelbar den Urban Heat Island Effects entgegen zu wirken. Sie verbessern den städtischen Lebensraum für die Bewohner als auch die lokalen Mikroklimabedingungen für die städtischen Grünräume. Im Kontext des Klimawandels und der städtebaulichen Nachverdichtung sind in Städten vor allem die Baumleistungen im Zusammenhang mit der Filterung von Luftschadstoffen und Verbesserung der Luftqualität, Verdunstung sowie Schatten und die damit einhergehenden Temperaturreduktionen oder die Kohlenstoffspeicherung relevant. Die Reduktion des Oberflächenabflusses bei zunehmenden Starkniederschlagsereignissen durch die Erhöhung durchlässiger Oberflächen, die Speicherung von Abflüssen oder auch die Erhöhung der Wasserfiltrations- und -infiltrationsraten (Begrenzung der Verschmutzung von Bächen und Flüssen) sind auch für das zukünftige Regenwasser-Management von großer Bedeutung.

Bäume erreichen an urbanen Standorten allerdings nur rund 25 Prozent ihrer potentiellen Lebensdauer (Roloff 2013), teilweise und vor allem im Straßenbereich, aufgrund eingeschränktem Wurzelraum und hohem Nutzungsdruck, sogar weniger. Gemäß Roman und Scatena 2011 liegt die durchschnittliche Lebenserwartung eines Stadtbaums bei 19-28 Jahren. Dies ist insofern problematisch, da erst reife, voll entwickelte (und vitale) Bäume mit einem großen Stamm- und Kronenvolumen sowie einer größtmöglichen Blattfläche ihr ganzes Leistungspotential optimal zu erfüllen vermögen. Auch ein hohes ökologisches Potential erreicht ein Baum erst mit einem Brusthöhendurchmesser von >40 Zentimeter (Niedermann-Meier et al.2010), wobei das nach Standort und Art variieren kann. Mit den höheren und weiter steigenden Durchschnitts- sowie Extremtemperaturen (Bsp. Sommer 2003, 2006, 2015 und 2018) und dem damit verbundenen Trockenstress, wird die Stresssituation der Stadtbäume noch weiter verstärkt (Rust & Roloff 2008), der sie in Städten aufgrund von Bodenverdichtung und -versiegelung, Wurzelraumeinschränkungen und Streusalz ohnehin ausgesetzt sind. Um die stadtklimatischen Bedingungen und die Beeinträchtigung der Lebensraumqualität der Anwohner zu verbessern, gilt es daher unter anderem die Wachstumsbedingungen der Stadtbäume nachhaltig zu verbessern und deren Bestand zu sichern und zu erhöhen.

Doch werden die städtischen Bäume die Herausforderungen hinsichtlich Nutzungsdruck und Klimaveränderung, trotz einer optimalen Pflanzenauswahl, nicht mehr alleine stemmen können. Es benötigt einen integrativen Ansatz zwischen Fachleuten, wie den Stadt- und Raumplanern, den Stadtbaumverantwortlichen, den Grünflächenverwaltern, den Landschaftsarchitekten und dem Forstdienst (sofern rechtlich Wald betroffen ist). Um die beeinflussenden Parameter auf städtische Grünflächen so zu verändern, dass sie eine Chance erhalten, ihr volles Potential zu entwickeln und nachhaltig optimale Ökosystemleistungen zu erbringen, braucht es ein effizientes und nachhaltiges Baum-Management, den Einbezug des gesamten Lebenszyklus der Vegetationssysteme, von der Planung über die Pflanzung bis zur Pflege, einen qualitativen Winterdienst, angepasste Wurzelräume mit entsprechenden Substraten sowie die Akzeptanz der Maßnahmen durch die Bevölkerung und das Sorgetragen der Mitbürger an ihren Grünflächen.

Das Programm "i-Tree"

Mit der Anwendung von i-Tree lassen sich die Ökosystemleistungen in ein angepasstes, klimaadaptives Stadtbaum- und Stadtwald-Management integrieren, womit den zukünftigen Herausforderungen adäquat begegnet werden kann. I-Tree ist ein in den USA entwickeltes Software-Programm (2006), welches in Zusammenarbeit zwischen dem USDA Forest Service unter der Leitung von Dr. David Nowak und der Davey Tree Expert Company, der Arbor Day Foundation, der Society of Municipal Arborists, der International Society of Arboricultral, Casey Trees und dem SUNY College of Environmental Science and Forestry, also durch tragende Forschungsinstitutionen und Baumexperten entwickelt wurde. Das Programm ist peer-reviewed und hat die Möglichkeit, die Ökosystemleistungen von Bäumen zu quantifizieren und zu monetarisieren sowie mit einem Prognose-Tool auch für die nächsten Jahre darzustellen. Für die Berechnungen werden Basisdaten von ausgewählten Baumstrukturparametern (zum Beispiel, Baumhöhe, Kronenbreite, Kronenzustand und Brusthöhendurchmesser, Abb. 2) erhoben und mit lokalen Wetter- und Bevölkerungsdaten aus den jeweiligen Ländern und Gebieten verbunden. Des Weiteren werden Parameter, wie die umgebenden Landnutzungskategorie und die Zuweisung von Straßenbäumen sowie Infrastrukturkonflikten erhoben, um den Nutzungsdruck auf die Bäume einzubeziehen, welche Einfluss auf die Höhe der erbrachten Ökosystemleistungen eines spezifischen Baumes haben. In der europäischen Anwendung wird mit der Desktop-Applikation "i-Tree Eco" gearbeitet.

Die Entwicklung von klimaadaptiven Managementstrategien von urbanen Bäumen und Wäldern ist zukunftsweisend. Grundlage hierfür ist ein umfassendes Wissen über deren Wachstumsbedingungen und Ökosystemleistungen. Das Pflegeregime der Bäume orientiert sich bei größeren Städten zurzeit an vorhandenen (Eigen-)Konzepten oder Normen. Der Einbezug der Ökosystemleistungen ist hierbei eine neue planerisch und zugleich verwaltende Herausforderung. Er ist als ganzheitlicher Ansatz im Stadtbaum-Management, trotz vielfach dokumentierten Auswirkungen des verfrühten Absterbens von Stadtbäumen (vgl. Rust & Roloff 2008, Balder 2007, Beuys, 1982-1987) noch nicht in Anwendung.

Durchführung in der Schweiz

Dies ist die Ausgangslage für das Projekt "i-Tree - Ökosystemleistungen von städtischen Bäumen und Wäldern klimaadaptiv managen", welches von der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) in Zusammenarbeit mit Arbor Aegis und Pan Bern AG durchgeführt wird. Das Projekt quantifiziert und monetarisiert in den Projektperimetern der Partnerstädte klimarelevante Ökosystemleistungen von Stadtbäumen und Stadtwäldern. Spezifische Rahmenbedingungen, Bedürfnisse und Grundlagen dieser Städte werden untersucht, ausgewählte Ökosystemleistungen erfasst, modelliert, zielgruppengerecht aufgearbeitet und in anwendbare klimaadaptive Managementstrategien abgeleitet.

Dazu wird in den Städten eine Bedürfnisanalyse durchgeführt sowie die momentane Handhabung des Stadtbaum-Managements festgehalten. In weiteren Schritten werden die Beteiligten im Feld auf die adäquate Datenerfassung für das Programm und die korrekte Navigation im Programm geschult (Abb. 3-5). Dazu werden Tages-Workshops in den jeweiligen Städten mit angeleiteten Datenaufnahmen durchgeführt. Die Rückmeldungen und Verbesserungsvorschläge der Projektbeteiligten aus der Arbeit im Feld, der Datenerfassung und von dem Arbeiten und Navigieren im Programm werden evaluiert. Das Projektteam hat die Möglichkeit, sich aufgrund der Mitarbeit und Unterstützung eines Mitglieds des i-Tree Partnerschaftsteams, mit dem i-Tree Team in den USA regelmäßig auszutauschen und die Erfahrungen der ersten landesweit koordinierten Anwendung in Europa direkt in weitere Vorgaben und präzisere Parameterbeschreibungen einfließen zu lassen. In weiteren Workshops wird die Aufarbeitung, Visualisierung und Kommunikation der Daten sowie eine Management-Toolbox für die künftige Anwendung entwickelt. Durch differenzierte Auswertung der Daten auf Ebene von Einzelbäumen, Baumarten oder definierten Straten (Quartiere, Straßenzüge etc.) ist es zudem möglich, die Erkenntnisse direkt in die zukünftige Städtebauentwicklung und Grünraumplanung einfließen zu lassen.

Erste Ergebnisse

Als Basis für die Projektdurchführung in der Schweiz wurden die relevanten Kapitel des Benutzerhandbuchs (Manual) für die Programmanwendung in die Landessprachen Deutsch und Französisch übersetzt. Weiter wurde ein Feldleitfaden als praktische Hilfe für die Datenaufnahme entwickelt (Abb. 7) sowie verschiedene Kurzanleitungen für die Dateneingabe und -auswertung. Ebenso wurden die Anleitungen für die Anwendung im Wald weiterentwickelt und präzisiert. Alle Produkte sind in deutscher und französischer Landessprache verfügbar. International wird in Zusammenarbeit mit dem iTree Team derzeit daran gearbeitet, ausgewählte Produkte auch in weiteren Sprachen (zum Beispiel Spanisch und Italienisch) anbieten zu können, welche voraussichtlich bis Ende 2021 verfügbar sein werden.

Die Datenaufnahmen werden aufgrund der geforderten Parameter während der Vegetationsperiode aufgenommen. So wurden in zwei Jahren rund 250 Bäume pro Partnerstadt in einem definierten Perimeter erfasst.

Im Jahr 2019 sind diese Aufnahmen in den ersten zwei Städten - Schaffhausen und Zürich - erfolgreich angelaufen und ausgewertet. In einheitlichen, koordinierten Feldaufnahmen wurden in beiden Städten circa 800 Bäumen komplett erfasst und katalogisiert, wovon circa 350 Bäume die natürliche Verjüngung im Wald umfassen. Insgesamt waren etwa 60 Baumarten vertreten. Gesamthaft hielten diese Bäume beispielsweise mehr als eine halbe Million Liter Niederschlagswasser zurück - eine Menge, die mehr als 3500 Badewannen füllen würde. Dieses Wasser floss nicht in die Kläranlagen, sondern verblieb im Ökosystem, was wiederum half, das Stadtklima zu kühlen und das Niederschlagswasser dem natürlichen Wasserkreislauf zurückzuführen. Auf das ganze Stadtgebiet hochgerechnet, ist diese Menge ungleich größer, da in den beteiligten Städten weit mehr Bäume stehen als nur innerhalb der aufgenommenen Perimeter. Weiter filterten die erfassten Bäume zum Beispiel circa 200 Kilogramm Feinstaub (PM2.5) aus der Luft.

Im Jahr 2020 wurden Erhebungen in Basel, Bern, Luzern, Meyrin und Uster sowie im Kanton Genf durchgeführt.

Mittels einer gezielten Kommunikationsstrategie sollen die Städte später die erarbeiteten Daten über die Ökosystemleistungen ihrer Stadtbäume und Stadtwälder, welche in Reports dargestellt werden (Abb. 6) zielgruppengerecht präsentieren. Je nach Ansprechgruppe kann die Präsentation dieser Daten visuell ansprechend für die Bevölkerung und Öffentlichkeit dargestellt oder auch eher analytisch für ein Fachpublikum aufbereitet werden (Abb. 8 und 9).

Ausblick

Das Projekt wird Ende des Jahres 2021 beendet. Es liefert analytische Werkzeuge und Empfehlungen, die zu einem anpassungsfähigeren, nachhaltigen und deshalb langlebigeren urbanen Ökosystem führen können, welches seine Ökosystemleistungen optimal zum Wohle der Menschen zur Verfügung stellen kann. Die Ergebnisse dienen zur Erarbeitung von Planungs- und Management-Strategien, die die Bedürfnisse der urbanen Bäume und Wälder, wie auch von Gesellschaft, Ökologie und Ökonomie im Rahmen der Klimawandelanpassung berücksichtigen. Sie können zur Bewältigung der heutigen Herausforderungen und Kürzungen der Unterhaltsetats von Grünräumen beitragen. Mit den ökonomischen Auswertungen von i-Tree lassen sich zudem neue Argumente für politische und wirtschaftliche Entscheidungen bereitstellen und nachhaltige Planungskonzepte lancieren und festigen.

Aktuell sind die Ökosystemleistungen der Stadtbäume sowie deren Potential und Beitrag zur Klimawandelanpassung noch zu wenig in den aktuellen Pflegerichtlinien, Planungstools und Management-Strategien in der Schweiz integriert. Die teilnehmenden Städte sind jedoch stark daran interessiert, dies eingehender zu berücksichtigen. Die Erkenntnisse der Städte, die umfassende Betrachtung der Wachstumsbedingungen urbaner Bäume und der Einbezug der Ökosystemleistungen werden in einer Management Toolbox für Städte und Gemeinden Anwendung finden. Davon sollen auch kleinere Gemeinden zukünftig profitieren können. Somit kann das Projekt mit den i-Tree Datenausgaben und der Erfahrung der Projektpartner und dem ganzheitlichen "Urban Forestry Ansatz" dafür sorgen, dass die Akzeptanz für ein integrales Stadtbaum-Management und für den Platzbedarf von Stadtbäumen gestärkt werden kann. So soll der Schutz, die Erhaltung und die Pflege von alten, vitalen Bäumen gesichert werden. Durch den damit verbundenen Erhalt der großen Blattfläche und Kronenvolumina kann eine exponentielle Zunahme der wichtigen Ökosystemleistung sichergestellt werden.

Literatur

Literatur

Balder, H. (15./16.03.2007). Biotische und abiotische Schäden an Bäumen in der Stadt bei Klimaerwärmung. Urbane Gehölzverwendung im Klimawandel und aktuelle Fragen der Baumpflege, Tagungsband zu den Dresdner Stadtbaumtagen, S. 29-41.

Beuys, J., 1982-1987, 7000 Eichen - Stadtverwaldung statt Stadtverwaltung 7000 Bäume und 7000 Basaltstelen im Stadtgebiet, Documenta 7, Stadt Kassel, documenta-Stadt, Obere Königsstraße 8/Rathaus, 34117 Kassel.

Niedermann-Meier, S., Mordini, M., Bütler, R., & Rotach, P. (September/Oktober 2010). Habitatbäume im Wirtschaftswald: Ökologisches Potential und finanzielle Folgen für den Betrieb. Schweizerische Zeitschrift für Forstwesen Vol 161, S. 31-36.

Roloff, A. (2013). Bäume in der Stadt. Stuttgart, Hohenheim: Ulmer.

Roman L. A. , Scatena F. N. (2011) Street tree survival rates: Meta-analysis of previous studies and application to a field survey in Philadelphia, PA, USA Urban Forestry & Urban Greening 10 (2011) 269-274.

Rust, S., & Roloff, A. (2008). Die Auswirkungen des Klimawandels auf die Stadtbäume. Jahrbuch der Baumpflege, S. 40-47.

TEEB DE (2015): Naturkapital und Klimapolitik - Synergien und Konflikte. Hrsg. von Volkmar Hartje, Henry Wüstemann und Aletta Bonn. Technische Universität Berlin, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ. Berlin, Leipzig.

TEEB DE (2016): Ökosystemleistungen in der Stadt - Gesundheit schützen und Lebensqualität erhöhen. Kurzbericht für Entscheidungsträger. Technische Universität Berlin, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ. Berlin, Leipzig.