Potenziale von Stauden in der Vertikalbegrünung

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Fassadenbegrünung
Vertikal aufstrebende Arten Lythrum salicaria, Coreopsis verticillata, Salvia nemorosa im August. Fotos: Henning Günther

Grüne Infrastrukturen sind ein wichtiges Instrument zur Anpassung von urbanen Räumen an die Herausforderungen des Klimawandels und des Stadtklimas. Insbesondere in den hochverdichteten Zentren werden wandgebundene Vertikal- und Fassadenbegrünungen als ergänzende Grünstrukturen eingesetzt, um die wichtigen Ökosystemfunktionen trotz der anhaltenden Nachverdichtung zu erzielen (EU-Kommission 2014). Für die Verwendung auf textilbasierten vertikalen Wänden wurden unterschiedliche Pflanzenarten über eine Vegetationsperiode am Fachgebiet Vegetationstechnik und Pflanzenverwendung der TU Berlin getestet. Dazu wurden neben den klimatischen Auswirkungen der Vegetation auf die Fassade auch die Bedeckung der Wandoberfläche und die angepassten Wuchsformen der einzelnen Arten an die Vertikale dokumentiert. Erste Erkenntnisse zeigen, dass die Auswahlkriterien einer standortgerechten Staudenauswahl zur flächendeckenden Begrünung vertikaler Wände zum Teil deutlich von denen einer "horizontalen Verwendung" abweichen. Aufbauend auf den Ergebnissen werden Ansätze zur vertikalen Verwendung von Arten diskutiert, um eine möglichst schnelle, funktionsgerechte Wandbegrünung zu erreichen.

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Fassadenbegrünung
Aufnahme der Deckung durch Nachzeichnung jeder Pflanze je Art (rot = Lamium maculatum am 05.06.2015). Abb. Martin Voigt
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Aufnahme der horizontalen und der vertikalen Wuchshöhe der Pflanzen auf der Wand (schematischer Schnitt). Abb. Günther, von Birgelen und Kühn

Grüne Infrastrukturen

Grüne Infrastrukturen sind ein strategisch geplantes Netzwerk aus verschiedenen naturnahen Elementen wie Parks, Grünflächen, Gärten, Brachflächen, Baumreihen bis hin zu technischen Lösungen wie Gründächer und begrünte Wände (EU-Kommission 2014). Die Entwicklung dieses Netzwerkes wird als eine vielseitige Anpassungsmöglichkeit gegenüber den unterschiedlichen Auswirkungen des Stadtklimawandels angesehen (Rößler 2014). Gleichzeitig bietet das Netzwerk ein attraktives Wohn- und Arbeitsumfeld durch leicht erreichbare, wohnraumnahe Naherholungsmöglichkeiten verteilt über das gesamte Stadtgebiet (MA18 2014). Außerdem stellen Grüne Infrastrukturen noch weitere ökonomische Güter und Dienstleistungen zur Verfügung wie den Erhalt und die Förderung von Biodiversität, Speicherung von Kohlenstoff, Bestäubung von Nutzpflanzen, sowie Retention und Reinigung von Regenwasser, Schutz vor Überflutungen und Steigerung der Energieeffizienz (EU-Kommission 2014). Die Grünen Infrastrukturen bieten diese Funktionen, wenn die einzelnen Elemente intakt sind, sich in einem "gesunden Zustand befinden" und in enger räumlicher Verbindung zueinander stehen (MBWSV 2014).

Insbesondere die Auswirkungen des Stadtklimas sind in Form von städtischen Hitzeinseln bereits heute spürbar und werden in den nächsten Jahren noch weiter zunehmen. Bestehende Grüninfrastrukturen sollen daher an diese prognostizierten Auswirkungen angepasst und weiterentwickelt werden. Die aktuelle bauliche Nachverdichtungen der Innenstädte steht dieser Notwendigkeit jedoch entgegen. Um dennoch eine Mindestausstattung an grünen Infrastrukturelementen und den damit verbundenen Ökosystemdienstleistungen zu erreichen, müssen auch neue Vegetationsstandorte erschlossen werden.

Fassadenbegrünung
Tab. 1: Artenauswahl für den Versuch.
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Tab. 2: Mittelwert der Deckung (%) im Sommer 2015 und Mittelwert der unbedeckten Flächen (%) im August 2015 bei den unterschiedlichen Pflanzenkombinationen (PG 1–6).

Ein neues Element ist die "wandgebundene Begrünung" (Pfoser et al. 2013) von vertikalen Außenflächen. Das dafür sicherlich bekannteste Beispiel sind die "Mur Végétal" von Patrik Blanc (Blanc et al. 2012), nach dessen Vorbild in den letzten Jahren zahlreiche weitere Systeme entwickelt worden sind (Pfoser et al. 2013). Alle Techniken ermöglichen eine ausschnittweise bis vollständige Begrünung der vertikalen Flächen in kurzer Zeit, mit denen neben gestalterischen Intentionen auch wichtige stadtklimatische Funktionen erfüllt werden können. Den Gebäudefassaden sind dabei Konstruktionen vorgelagert, welche die Vegetationsträger und die Vegetation aufnehmen. Die zum Versuchsaufbau an der Technischen Universität Berlin verwendeten Vegetationsträger bestehen aus einem im Rahmen des Kooperationsprojektes durch das Sächsische Textilforschungsinstitut (STFI) entwickelten textilen groben Kettengewirke. Die Pflanzen werden in dem Vegetationsträger befestigt und durchwurzeln anschließend das Gewirke. Pflanzennährstoffe werden gemeinsam mit dem Wasser über ein künstliches Bewässerungssystem von oben in die Konstruktionen gegeben. Überschüssiges Wasser wird in Rinnen aufgefangen und kann gegebenenfalls in das System rückgeführt werden. Die Bedeckung der Wandoberfläche ist ein wichtiger Faktor für die stadtklimatischen Funktionen. Natürliche Vegetationsbestände entwickeln ein Assimilationssystem aus sich einander überdeckenden und gegenseitig beschattenden Blattschichten in denen die Strahlung stufenweise absorbiert wird. Durch eine hohe Deckung, das heißt, eine hohe Belaubungsdichte wird bis zu 97 Prozent der Strahlung durch das grüne Blattwerk adsorbiert. So wirken Pflanzen auf dieses Lichtspektrum fast wie ein schwarzer Körper (Larcher 2001). Diese absorbierte Strahlung trägt damit nicht mehr zur Erwärmung der Hausfassade und des Stadtraumes bei, sondern wird durch Photosynthese in Biomasse oder mittels Transpiration in latente Wärme umgewandelt (Hölscher et al. 2015). Für eine optimale Kühlwirkung müssen begrünte Wände daher eine hohe und möglichst vollständige Oberflächenbedeckung erreichen.

Fassadenbegrünung
Deckung (%) aller Arten (Rangfolge der Darstellung nach dem Mittelwert jeder Art).
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Wuchshöhen horizontal und vertikal über der Wand je Art in cm. Die Reihenfolge der Darstellung erfolgt jeweils nach dem Mittelwert der vertikalen Wuchshöhe.
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Tab. 3: vertikaler Habitus.

Daraus ableitend ergaben sich folgende Forschungsleitfragen: Welchen vertikalen Bedeckungsgrad erreichen die verwendeten Arten und welche Wuchsformen sind dabei am besten geeignet? Welche Vegetationsbilder können daraus abgeleitet werden? Welche Auswirkungen haben die textilen Vegetationsträger auf das Wachstum der einzelnen Arten?

Versuchsaufbau und Artenauswahl

Für die Untersuchungen wurden vertikale Wände mit einer Neigung von 80 Grad in einer Süd- und Nordexposition aufgestellt. Insgesamt wurden sechs verschiedene Bepflanzungsmodule (Pflanzengruppen (PG) 1 bis 6) mit 40 Pflanzen je 1,5 Quadratmeter Versuchsfläche in drei Wiederholungen aufgepflanzt. Verwendet wurde Topfware (Neuner-Töpfe), wobei die Ballen vor der Pflanzung geteilt werden mussten, um diese in den textilen Träger setzen zu können. Die Zusammenstellung der einzelnen Pflanzengruppen erfolgte nach deren Standortansprüchen zur Bodenfeuchte (trocken, frisch und feucht) und Sonnenverträglichkeit (sonnig und absonnig). Die Anordnung auf den Flächen erfolgte nach dem Zufallsprinzip.

Zur Dokumentation und Auswertung der Entwicklung der Pflanzen wurde die vertikale und horizontale Ausdehnung jeder Pflanze eingemessen sowie der Deckungsgrad ermittelt.

Flächendeckung

Mit den ausgewählten Stauden konnte in nur einer Vegetationsperiode ein hoher Flächenschluss erreicht werden. Die Deckung wird durch die Ausrichtung der Pflanzen zum Licht (vertikal) und vor der Wandfläche (horizontal) erreicht. Im August lagen die Werte zwischen 98 Prozent (PG2, Südseite) und 181 Prozent (PG4; Südseite). Deckungen mit über 100 Prozent bedeuten, dass die Grundfläche von verschiedenen Pflanzen in mehreren Lagen überdeckt ist. Dennoch waren im August noch unbedeckte Bereiche zwischen 14 und 39 Prozent zu erkennen. Während zwischen den Expositionen der trockenen Pflanzengruppen ein deutlicher Unterschied von durchschnittlich 79 Prozent mit einem Schwerpunkt auf der Nordexposition zu erkennen ist, sind die Unterschiede der frischen und feuchten Pflanzengruppen geringer und nicht signifikant. Es zeigt sich bei beiden aber eine Tendenz zu einer höheren Deckung auf der Südseite.

Der Unterschied der Deckung der trockenen Pflanzengruppen 1 (Nordexposition) und 2 (Südexposition) erklärt sich aus dem an Trockenstress angepassten langsameren Wuchsverhalten der Arten ("Strategie des konservativen Wachstums" (Kühn 2011)). Somit ist in dieser Variante auch der unbedeckte Teil mit 39 Prozent am größten. Zwischen den offenen und den durch die Pflanzen bedeckten Teilen haben sich erhebliche Feuchteunterschiede eingestellt. Die bedeckten Bereiche waren durchfeuchtet, während die unbedeckten Bereiche oft vollständig ausgetrocknet sind. Insbesondere an strahlungsintensiven Tagen konnten diese Unterschiede durch die künstliche Bewässerung nicht ausgeglichen werden. Dadurch waren die Ausfälle nach der Pflanzung durch Vertrocknen in diesem Modul mit im Mittel neun Pflanzen am höchsten (siehe Tab. 2, Abb. 3).

Trotz der langsamen Entwicklung vieler trockenheitsangepasster Arten auch auf der sonnenabgewandten Nordseite, erreichte PG 2 einen insgesamt hohen Bedeckungsgrad von in 177 Prozent. Diese hohe Deckung wird jedoch überwiegend durch Lamium maculatum mit einer Gesamtdeckung von 61 Prozent erreicht. L. macula-tum hat nahezu alle anderen Arten auf der Fläche unterdrückt. Sie kann damit von der Schattenstellung als einzige der Mischung augenscheinlich profitieren.

Eine schnelle Bedeckung der textilen Oberfläche nach der Bepflanzung begünstigt einen ausgeglichenen Feuchtegehalt in dem textilen Vegetationsträger. Offensichtlich verringert dies den Ausfall von Pflanzen. Die an Trockenheit angepassten, schwachwüchsigen Arten haben sich in diesem Versuch mit textilem Träger nur wenig bewährt. Für diese Arten könnte eine höhere Pflanzdichte oder die Anbringung von vorgezogenen textilen Staudenmatten den Etablierungserfolg verbessern. Auf eine Verwendung langsam wachsender Arten sollte jedoch aus planerischer Sicht nicht verzichtet werden, da durch eine verringerte Vegetationsdynamik in den Flächen, leichter klare Bilder geschaffen und über die Jahre mit einem geringeren Pflege- und Unterhaltungsaufwand erhalten werden können. Möglicherweise könnte durch trockenheitstolerante Arten sogar Wasser gespart werden. Dies setzt aber Systeme voraus, die nicht ständig durchflossen werden müssen - wie es bei den verwendeten Textilmaterialien notwendig ist. Im vorliegenden Versuchsaufbau mit direkter Pflanzung in das Wandsystem haben sich jedoch kurzfristig raschwüchsige, konkurrenzstärkere Arten bewährt.

Fassadenbegrünung
Vertikal, aufrechter Wuchs von Euphorbia palustris. Die Sprossachse tritt oberhalb der Augenhöhe gestalterisch in den Vordergrund.
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Hängende Wuchsformen. Thymus serpyllum (kompakt) wird von Hieracium pilosella (locker) überwachsen.
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Herausstehender Wuchs von Eragrostis spectabilis.
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Gleichmäßig geschlossene Fläche durch kompakte halbkugelige Wuchsform von Heuchera villosa, Alchemilla mollis, Hosta ventricosa (im Vordergrund), Bistorta officinalis (im Hintergrund).

Wuchsformen

Auf der um 80 Grad geneigten Wand verändern die Arten gegenüber horizontalen Standorten deutlich ihre Wuchsform. Während sich die Stauden am Boden aufrecht zum Licht ausrichten, müssen sie sich auf der vertikalen Wand neu zur Sonne orientieren. Andererseits beeinflusst die Schwerkraft die Ausbreitung von krautigen und nicht auf dem Vegetationsträger verwachsenden Trieben. Einige Arten wachsen bogig andere hängen der Schwerkraft folgend nach unten. Durch diese beiden Faktoren entwickeln die Arten auf vertikalen Standorten einen eigenen Habitus.

Insgesamt sind viele Gemeinsamkeiten aber auch vereinzelte Unterschiede zu dem horizontalen Wuchsverhalten von Stauden festzustellen. So finden sich drei der Grundformen des Habitus von Stauden, der waagerecht-spalierförmige, der aufrecht-horstförmige und der schräg aufrecht-halbkugelige Typ (Kühn 2011) in ähnlicher Weise wieder. Der Habitus der untersuchten Pflanzen kann durch das Verhältnis zwischen horizontaler (parallel zur Wandfläche) und vertikaler (zum Licht) Wuchshöhe beschrieben werden. In Anlehnung an diese primären Grundformen lassen sich folgende Formen ableiten: vertikaler Habitus (26 Arten), horizontaler Habitus (15 Arten). Die einzelnen Arten erreichten dabei Wuchshöhen von 4 bis 38 Zentimetern (14 cm im Mittel) in der Vertikalen und von 6 bis 44 Zentimetern (18 cm im Mittel) in der Horizontalen. Je nach Art zeigten sich Unterschiede in der Rangfolge der horizontalen und vertikalen Wuchshöhen. Aufgrund der kurzen Beobachtungszeit von einer Vegetationsperiode sind im Laufe der Alterung weitere Differenzierungen und Entwicklungen zu erwarten, so dass hier grundsätzlich nur von ersten Tendenzen gesprochen werden kann.

Die Arten mit vertikal orientiertem Habitus unterscheiden sich ausgehend von ihrem Pflanzloch nach ihrer Hauptwuchsrichtung. Einige streben straff aufrecht dem Licht entgegen, andere hängen dagegen auf der Wandoberfläche anliegend herunter. Andere wiederum wachsen flach auf der Wandoberfläche unabhängig der Schwerkraft in alle Richtungen. Insbesondere bei einigen der straff aufrecht und der hängenden Arten sind die Verhältnisse zwischen vertikalem und horizontalem Wachstum signifikant. Diese Arten zeigen deutlich größere Wuchshöhen in der vertikalen nach oben zum Licht beziehungsweise nach unten hängend als in der Horizontalen.

Bei den horizontalen Formen handelt es sich um Arten, die mit mehreren Trieben aus der Basis aufrecht zum Licht, teilweise überhängend wachsen oder halbkugelig die gesamte Wandoberfläche nahezu vollständig geschlossen bedecken. Es entsteht ein ausgewogenes Verhältnisses zwischen der vertikalen und horizontalen Wuchshöhe. Die Gräser wachsen im ersten Jahr starr und/oder überhängend aus der Wand heraus, zum Beispiel Eragrostis spectabilis.

Es ist jedoch damit zu rechnen, dass mit vorschreitendem Alter sich der Habitus noch stärker in die vertikale Richtung entwickeln wird.

Die sich auf der vertikalen Wand einstellenden Wuchsformen lassen bereits im ersten Jahr Rückschlüsse auf die Verwendung der Arten zu. Um schnell und dauerhaft eine vollständig geschlossene Wandbedeckung mit einem entsprechend gleichmäßig hohen Grünvolumen zur erreichen, ist ein gezielter Einsatz der verschiedenen Wuchsformen wichtig.

Die vertikalen Formen bedecken die Wandoberfläche in erster Linie durch Ihre Wuchshöhe. Mittels langer, wurzelloser oberirdischer Triebe werden angrenzende Pflanzen oberhalb und unterhalb des Pflanzpunktes verschattet und verdrängt. Während der Vegetationsruhe oder nach Ausfällen dieser Arten entstehen so große Lücken innerhalb der Pflanzung. Ein hoher Bedeckungsgrad wird bis zum vollständigen Austrieb der Pflanzen über lange Zeiträume im gesamten Jahresverlauf nicht erreicht. Auch müssen die zum Teil ungewöhnlichen Blickwinkel auf die Stauden, zum Beispiel von unten nach oben, mit in die Planungen einbezogen werden. Dadurch treten besonders bei vertikal wachsenden Schaftstauden die teils unbelaubten Stängel der Pflanzen in den Vordergrund und die nach oben gerichteten Blüten werden durch das Laub verdeckt. Mittels flachwachsender, kompakter, und halbkugeliger Formen lässt sich dagegen leichter eine gleichmäßig geschlossene Wandbegrünung erreichen, auch für die Betrachtung von unten. Weiterhin scheinen sich diese Wuchsformen besser für windanfällige Standorte, beispielsweise in höheren Gebäudetagen zu eignen.

Zusammenfassend erscheint nach einer ersten kurzen Betrachtung des Wuchsverhaltens von Stauden, ein schneller kompakter Wuchs zur Schaffung eines gleichmäßig geschlossen Vegetationsbildes mit einer raschen Flächendeckung von Vorteil. Arten mit einem überwiegend aufrechten Habitus zeigen dagegen neue spannende Blickwinkel auf die Stauden, für endgültige Kombinationsempfehlungen bleibt jedoch die langjährige Wuchsentwicklung der einzelnen Arten abzuwarten.

Forschungsbedarf

Neben dem beschrieben Wuchsverhalten der einzelnen Stauden in der Vertikalen bleiben jedoch noch viele bisher ungeklärte Fragestellungen zur Anlage einer begrünten Wand im Außenbereich offen. Ein zentrales Problem in vielen Gebieten Deutschlands ist die Überwinterung vertikaler Begrünungen bei gleichzeitigem Erhalt eines attraktiven Vegetationsbildes. Auch wurde bisher die langjährige Entwicklung, insbesondere der Pflegeaufwand in Abhängigkeit von Konkurrenz, Ausbreitungsverhalten, Wasserbedarf, Wuchsstärke, Lebensformen oder etwa Begrünungsmethoden nicht ausreichend untersucht. Angesichts der großen Vielfalt der auf dem Markt angebotenen Systeme zum Bau von vertikalen Wänden verwundert dies.

Anmerkung

Danksagung. Das Projekt wurde als Teilprojekt "Vegetationstechnische Untersuchungen auf textilen Substraten für die Vertikalbegrünung" des Projektes "Hängende Gärten" im Rahmen des Programmes "Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) gefördert (FK: KF3203801SL3). Wir bedanken uns bei der AIF Projekt GmbH und unseren Projektpartnern (Fa. Metallbau Wirth GmbH & Co., Chemnitz; Fa. Wirth und Wiener GmbH, Chemnitz; Jens Mählmann, STFI e. V., Chemnitz) für die Zusammenarbeit sowie bei Christian Kussmann, Martin Voigt und Kristin Winkler für die tatkräftige Unterstützung bei der Versuchsdurchführung.

Literatur

Blanc, P. & V. Lalot (2012): The vertical garden: from nature to the city. W. W. Norton & Company, Revised and Updated edition 208 S.

Europäische Kommission (EU-Kommission) (2014): Eine Grüne Infrastruktur für Europa. Luxemburg: Amt für Veröffentlichungen der Europäischen Union. 24 S.

Hölscher, M.-T., T. Nehls, B. Jänicke & G. Wessolek (2015): Quantifying cooling effects of facade greening: shading, transpiration and insulation. In: Energy and Buildings. in Press.

Larcher, W. (2001): Ökophysiologie der Pflanzen: Leben, Leistung und Stressbewältigung der Pflanzen in ihrer Umwelt. 6. neubearbeitete Auflage. Aufl. Eugen Ulmer. Stuttgart.

Magistrat der Stadt Wien MA 18 - Referat Landschaft und öffentlicher Raum (2014): Step 2025. Fachkonzept Grün- und Freiraum. Wien. 97 S.

MBWSV - Ministerium für Bauen, Wohnen, Stadtentwicklung und Verkehr des Landes Nordrhein-Wastfalen (2014): Urbanes Grün - Konzepte und Instrumente Leitfaden für Planerinnen und Planer. Düsseldorf. 92 S.

Pfoser, N., N. Jenner, J. Henrich, J. Heusinger & S. Weber (2013): Gebäude, Begrünung und Energie: Potenziale und Wechselwirkungen. Technische Universität Darmstadt. Abschlussbericht August 2013. Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesministeriums für Bau-, Stadt- und Raumforschung (Aktenzeichen.: II 3-F20-11-1-007/SWD-10.08.18.7-12.16.).

Rößler, S. (2014): Klimawandelgerechte Stadtentwicklung durch grüne Infrastruktur. In: Raumforschung und Raumordnung. 73 pp. 123-132.

Dr. Henning Günther
Autor

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Prof. Dr. Norbert Kühn
Autor

Technische Universität Berlin

Institut für Landschaftsarchitektur und Umweltplanung
Prof. Dr. Alexander von Birgelen
Autor

Hochschule Geisenheim, Institut für urbanen Gartenbau und Pflanzenverwendung

Hochschule Geisenheim

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