Stadtgartenämter setzen auf eigene Stadtbaumsubstrate

Regionale Baumsubstrate in Schweizer Städten

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Straßenbäumen, hier in einem Fußgängerüberweg, wird permanent zu Leibe gerückt. Foto: Celine Derman-Baumgartner zhaw

Es ist also auf den ersten Blick ein Novum, dass Städte eigene Baumsubstrate präferieren. Wohin gehen dabei politische Interessen und die zukünftige technische Entwicklung in den Schweizer Städten, dies vor allem beim zukünftigen Substrateinsatz? Standardsubstrate werden hierzu insbesondere in nördlich der Schweiz erforscht und verwendet.

Die Forschungsgruppe Pflanzenverwendung des Instituts für Umwelt und Natürliche Ressourcen IUNR an der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften ZHAW in Wädenswil arbeitet seit Jahren an der Entwicklung von urbanen Vegetationssystemen. Die sogenannten "Gehölzbetonten Pflanzensysteme" gehören ebenso hinzu. In diesem stehen die Stadtbäume, an Straßen, auf Plätzen, in öffentlichen Parks im Fokus. Vor allem die urbanen Substrate müssen hierzu standort- und funktionsgerecht betrachtet werden.

Während zunächst Straßenbäume schwächelten, gesellen sich nun durch Überalterung der Bestände, durch die städtebauliche Nachverdichtung und den rasanten Verkehrswegeausbau private und Parkbäume in der "2. Reihe" hinzu. Für Neupflanzungen oder lebensverlängernde Maßnahmen der Stadtbäume muss somit neu gedacht werden. Neben den permanenten Unterpflanzungen der Bäume sind insbesondere strukturstabile, nicht verklebende, nicht versottende und zugleich überbaubare Substrate in den Fokus des städtischen Interesses gerückt. In vielen Innenstädten fehlt heute der Bodenfrost als natürlicher Bodenstabilisator, indem auffrierende Steine den Boden lockern, dabei durchlüften, vielen von uns ein gewohntes Bild aus der freien Landschaft. Der Wunsch der Städte: die Substrate sollen möglichst regionalen Ursprunges sein. Dabei bleibt die Frage offen, was sind die besten Stadtbaumsubstrate, für welchen Einsatz, wie tief, wie groß, wie überbaubar sind sie für die Zukunft des städtischen Großgrüns? Gibt es gute Beispiele und Grundrezepturen?

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Regionale Spezialsubstrate sollen alle urbanen Beeinträchtigungen puffern. Foto: Celine Derman-Baumgartner zhaw
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Zentraler Verkehrsteiler auf Sandwichsubstrat, perfekt etabliertes Pflanzensystem. Foto: Celine Derman-Baumgartner zhaw

Klar ist, Stadtbaumsubstrate sind keine über Jahrzehnte gereiften naturnahen waldähnlichen Wurzelraumstrukturen, dem Naturstandort unserer Bäume. Je nach Zuschlagstoffen können gewisse in der Regel kurz- oder langlebige Baumarten besser (an)wachsen, als andere. Oft variieren auch die Zuschlagstoffe in Substraten, je nach technischer Verfügbarkeit oder Abbautiefe. Sieblinienversuche sagen beispielsweise nichts über die Reife eines Substrates aus. Und gerade stadtbildprägende Klimaxbaumarten benötigen lösliche verfügbare reife Fein-Strukturen im Oberboden. Dieses umso mehr, je grösser sie unserer Ungeduld wegen in überdimensionierten Pflanzgrößen gesetzt werden. Nur so kann der Umpflanzschock aus der Baumschule an den urbanen Pflanzplatz überwunden werden.

Die Substratherstellung steht im 21. Jahrhundert zunehmend immer stärker unter dem Druck der Bewirtschaftung sehr knapper natürlicher (noch reiner) Ressourcen sowie der Konsequenz, vermehrt Rohstoff-Kreisläufe zu schließen. Diese Tendenz dürfte die kommenden Jahre durch fehlende Konzessionen des Neueröffnens von Kiesgruben und Steinbrüchen aber auch für Deponieflächen in Europa zunehmen. Und gar Sande aus der Nord- und Ostsee wären für Baumsubstrate keine Alternative. Recyclingprodukte werden in Mischanateilen zunehmend zugeschlagen.

Die Tests an der ZHAW

Dies sind Hintergründe für ein Forschungsprojekt an der ZHAW, mit regionalen unter anderem Recyclingmaterialien Baumsubstrate auf Komponenten zu testen. Als Test-Baumart wurde die stadttaugliche Winterlinde (Tilia cordata) in der Wildform als unveredelte Sämlinge in der Hochstammqualität 8-10 in wurzelnackter Pflanzqualität gewählt. Stadtbaumtechnisch verfügt die Winterlinde über ein wassersparendes Kontinentalitätspotenzial durch ihren späten Austrieb, ist eine Dach bildende damit Licht verträgliche Art und zudem Starkniederschläge im Sommer, wie sie in den Westalpen auftreten können, ertragend. Der innerstädtisch unbeliebte Honigtau ist ihr zudem fremd. Sie wäre unterpflanzungsfreundlich im Sinne der "Gehölzbetonten Pflanzensysteme".

Zunächst eine Bestandsaufnahme

Neben eingangs erwähnten Phänomenen geben aktuelle Projekte der letzten Jahrzehnte Lösungsansätze für den zukünftigen Substrateinbau und sollten Ausblicke geben, wie die Durchgrünung der Stadträume dauerhaft Lebenszykluskosten schonend getreu dem Prinzip des Haushaltens (einem politischen Auftrag an die Städte und Gemeinden) umgesetzt werden kann.
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In Basel werden Baumstandorte gemäß Stadtbildkonzept begrünt. Foto: Celine Derman-Baumgartner zhaw
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Positiv in Bern. Noch ein Novum, die Begrünung der direkten Baumscheibe in Chaussierungen moderner Platzparks. Foto: Sibylle Roshardt zhaw
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2008 bepflanzte Baumscheibe mit einschichtigen Leichtsubstrat und Blähschieferabdeckung im direkten Verkehrsraum 2016. Foto: Celine Derman-Baumgartner zhaw

Nicht der Designwille von wettbewerbenden (Landschafts-)Architekten oder der Investoren sollten auch letztlich im Vordergrund stehen und geschehen. Denn bewirtschaftet werden oftmals diese begrünten Freiräume nach der Fertigstellungspflege durch die Städte.

Basel

Basel setzt seit einigen Jahren konsequent ein eigenes verdichtungsstabiles Stadtbaumsubstrat ein, es ist Granit betont. Dies mit sehr guten Erfahrungen bei der Pflanzung kleiner bis mittlerer Pflanzgrößen. Für die Etablierung von Unterpflanzungen ist das Substrat ebenfalls perfekt geeignet mit der Tendenz, in nassen Frühjahren wie 2016 zu viele Nährstoffe zu lösen. Je kleiner die Pflanzqualität und bei wurzelnackten Linden im Straßenraum beispielsweise zeigt sich ein besseres Anwachs- und Bewurzelungsverhalten. In offenen den Gasaustausch ermöglichenden Bereichen völlig unproblematisch, stellen sich Fragen, was passiert unter großflächigen Asphaltdecken, wie wachsen Baumwurzeln wohin und weiter?

Zürich

Zürich hat ein feistes Substrat, es ist Humus betont. Dabei erinnert es an schwere Marschböden. Bei den Anwachsversuchen in den 1980er-Jahren sind demzufolge auch die über Jahrzehnte Stadtbild prägenden Tilia x vulgaris als beste funktionierende Referenzart im Zürcher Straßenbaumkonzept gewählt worden. Aber Holland ist nicht überall. Heute gestaltet sich das Substrat vor allem im engen Straßenraum als schwierig, Salzeinträge, Bodenerschütterungen, lange Trockenperioden mit steigendem Kapillarwasser, fehlende Laubeinträge machen das Weiterreifen und damit Funktionieren des einst erfolgreichen Substrates schwer. Es ist zudem nicht strukturstabil. Erfolgreich sind darauf hingegen die ruderalen salzzeigenden Stockrosen initialisiert vom Zürcher Guerillagärtner Morice Maggie. Mit ihren Rübenwurzeln lockern sie das Substrat alljährlich, im Winter schützen die in der Stadt immergrünen Rosetten zusätzlich den empfindlichen Wurzelanlauf der Bäume.

Neue Ansätze zur Substratverwendung entstanden notgedrungen in den "Oerliker Parks" zu Beginn des 21. Jahrhunderts. Auf jungfräulichen Böden versagten Klimaxbaumarten wie Eschen, während Birken langsam, stetig und wohlgarniert in magerstem sandigen Kiesen bei wechselndem Wasserstand prächtig alterungsfähig gedeihen.

Bern

Bern verwendete bisher ebenfalls ein sehr feinanteilhaltiges humoses Substrat. Zudem wurde Ziegelsplitt zugeschlagen. Heute fallen darin an Hotspots wie im Bundeshausumfeld Baumhaseln, Linden und Weißbuchen aus. Stadtulmen gedeihen … Ein Umdenken zu einem regionalen strukturstabileren Substrat hat eingesetzt. Interessant ist, in Baumgruben wurden bis in die 1970er-Jahre in Bern bewusst große Steine zur Bodenlockerung an den Grubengrund eingebaut.

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An der ZHAW wurden Recyclingschotter mit weiteren Zuschlagstoffen über Kopf gemischt … Foto: Andrea Gion Saluz
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… und in den Versuchskorridor in drei Settings eingebaut. Foto: Andrea Gion Saluz
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Die wurzelnackten Winterlinden wurden direkt in den einschichtigen Aufbau mit 7 Stauden gesetzt, anschließend wurde gemulcht. Foto: Andrea Gion Saluz
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Der Stresstest; nach der Fertigstellung ist das Substrat freiraumtechnisch sofort benutzbar. Foto: Andrea Gion Saluz

Schaffhausen

Schaffhausen verwendet ebenfalls ein eigenes Substrat. Es setzt sich in seiner mageren Variante aus regionalen Wandkiesen, Schottern und Oberboden zusammen. Für Platanen beispielsweise, die in genügendem Frei- und Wurzelraum des städtischen Alleenkonzeptes stehen, ist es ideal. Schaffhausen setzt aktuell zudem auf allen Pflanzungen organische Mulchmaterialien als Verdunstungsschutz und zur besseren Beikrautpflege in der Anwachsphase ein. Die Pflanzgrößen der Bäume sind zudem deutlich kleiner als in anderen Städten.

Thalwil

Thalwil, eine Gemeinde am Zürichsee, hat seit 2009 als Verkehrsteiler diverse rückgebaute Straßenflächen von 13 bis zu maximal 75 Quadratmeter großen zusammenhängenden Pflanzflächen begrünt. Diese wurden dabei breitgefächert dabei mit Corylus colurna, Quercus cerris, Qu. frainetto, Sorbus torminalis und Tilia cordata 'Rancho' bepflanzt. Alle Bäume, jeweils 12 bis 14 Hochstämme, sind in einem Sandwichsubstrat exzellent etabliert. Die 2009 gepflanzten Ungarischen Eichen haben aktuell einen Stammumfang von 32 bis 37 Zentimetern. Die 2012 gesetzten Tilia cordata 'Rancho' sind ebenfalls zu stattlichen Jungbäumen mit Stammumfängen von 26 Zentimetern in vier Jahren gediehen. Der Pflanzschnitt wurde nach dem "Lübecker Modell" direkt bei der Pflanzung mit Studierenden durchgeführt. Nach dem 2. Standjahr wurde erneut aufgeastet.

Das Sandwichsubstrat ist auf Unterboden aufgebaut, mit Wandkies ausgeglichen, darüber eine 10 Zentimeter starke Baumsubstratschicht, darüber wiederum 10 Zentimeter Betonkies 0-16 und 5 Zentimeter Splitt 15-30. Der bewährte und regionale Aufbau ist im Fachbuch "Staudenmischpflanzungen" dargestellt. Zusätzlich sind alle Flächen mit trockenheitsliebenden, tiefwurzelnden Stauden, die in schwerer Landerde kultiviert wurden, bepflanzt. Gewässert wurden diese Pflanzensysteme seither nie. Nur eine lokale Laune der Voralpenlage?

Die Wädenswiler Forschungsansätze

Drei überbaubare strukturstabile Substratspielarten werden in variierenden Zusammensetzungen auf ihre mögliche Praxistauglichkeit getestet. Implementiert wurden die Versuche im wettertechnisch nicht herrschenden Spätwinter 2016. Das Substrat besteht aus Schotteranteilen, Backsand, Pflanzenkohle und Blähschiefer. Weitere Fragen sind, entspricht das Substrat den nationalen wie internationalen physikalischen Normen (FLL, ZTV-VEGTRA-Mü), kann es sich dem Schönbrunner Substrat aus Wien annähern? Wie ist dessen Nährstoffverfügbarkeit, sind seine chemischen Parameter und können Baumwurzeln allenfalls durch einen differenzierten Einbau von Substratkomponenten gelenkt werden?

Die Versuchsanlage besteht aus einem durchgehenden durchwurzelbarem Raum (Grünstreifen) auf dem ZHAW Gelände mit mehr als 100 Kubikmeter Substrat. Der Substrateinbau erfolgte 1,2 Meter tief. Breit ist der Streifen etwa drei Meter, wobei nur der Kern tiefer ausgekoffert werden konnte. Für den Versuch wurden jeweils fünf Linden pro Substratsetting gepflanzt. Mit sieben Stauden wurden die wurzelnackten Linden zusätzlich am Stammfuß als Schutz und zur Beimpfung mit Bodenleben unterpflanzt. Auch dienen die Stauden als frühwarnender Mängelindikator bei Trockenheit.

Gemischt wurden die Substratkomponenten fünf Mal nacheinander für den Einbau vor Ort "über Kopf auf Kegel". Anschließend erfolgte der einschichtige Substrateinbau. Mit der Bautechnik wurde permanent verdichtet, anschließend im Substrat die Bäume gepflanzt. Parallel wurden die Stauden direkt im selben Schritt mit den Bäumen gesetzt. Abschließend wurde mit einem Splitt 8/16 aus gebrochenem Flusskies gemulcht. Dies erhöht den Freiraumnutzen, die Überlaufbarkeit und die spätere Pflege. Erste Härtetests mit einem bewussten Überfahren nach der Pflanzung und später mit dem Spezialitätenmarkt der ZHAW am Himmelfahrtswochenende hielten die systemaren Pflanzungen Stand.

Gleichzeitig stehen weitere zehn Linden in einem separaten Kurzzeittest in Großcontainern. Die Frage die beantwortet werden soll ist, ob sich Baumwurzeln kurzfristig durch Substratzuschlagstoffe wie deponierte Pflanzenkohle steuern lassen. Pflanzenkohle stößt bei größeren Städten zunehmend auf Interesse, um Biomassekreisläufe ökologisch bewirtschaftet zu schließen. Die Überlegung ist dabei, ob Pflanzenkohle in Substraten mikroorganismische Wirkungen mangels Standortgröße, Jungfräulichkeit des Substrates und reduzierten Laubeinträgen erfüllen kann.

Für den derzeitigen Haupt-Versuch zeigt sich durch die bodenphysikalischen Analysen, dass ein zu großer Skelettanteil - es fehlt eine feinere lieferbedingte Abstufung - eingebaut wurde. Andererseits hat sich in der 1. Vegetationsperiode dieses nicht ausgewirkt. Die pH-Werte liegen sehr hoch, was auf die Verwendung von Recyclingschotter respektive Mischgesteinsschotter und des Backsandes (einem Ziegelmehl) zurückzuführen sind. Die Stauden haben allerdings positiv darauf reagiert. Winterlinden können hohe pH ebenfalls sehr gut puffern. Die durchschnittlichen Leittreibzuwächse in der ersten Vegetationsperioden liegen bei 31Zentimeter. Gewässert wurde nicht bewusst, da der Frühjahresverlauf 2016 sehr regenreich war und die angrenzende Verkehrsfläche über die Kante seitlich ins Vegetationssystem entwässert. Ebenfalls wurde in dem Versuch Wert darauf gelegt, dass der Unterbau nicht waagerecht ist, sondern sich seitlich leicht neigt. Im Herbst haben die Linden sehr gut die Vegetationsperiode abgeschlossen. Die Stauden haben erneut ab September durchgetrieben. Nitrat ist mit 14 Milligramm pro Liter in geringeren Mengen vorhanden, was den Waldbaumarten entgegenkommen könnte. Düngerempfehlungen für Straßenbäume gibt die FLL erst ab einer Pflanzgröße ab 12 bis 14 direkt bei der Pflanzung. So wurde bei der Pflanzung der Bäume nicht zusätzlich gedüngt. Der durchschnittliche Wurzelzuwachs liegt bei 42 Zentimeter. Der längste bei 63 Zentimeter in einer Vegetationsperiode. Der Feinwurzelanteil ist sehr hoch und gewährt eine gute Verankerung und Nährstoffaufnahme.

Fazit und Handwerkskunst, der Grüne Daumen

Ziel der Untersuchungen ist es, Spezialsubstrate standort- und anspruchsgerecht zu optimieren. In einem großzügigen Bodenskelett Pufferungen von urbanen Beeinträchtigungen vorzunehmen, ob für Regenwasserretentionen, Schadstoffabbau, Punktlösungen für Bodenleben …ö oder Wurzelkorridore bewusst herzustellen. Dennoch zeigen die Erfahrungen, zu groß gepflanzte Bäume wachsen in jedem Substrat schwer weiter, zumal oft nicht von Anfang an ein Pflanzschnitt und die permanente individuelle visuelle Pflege erfolgen. Zudem ist der Pflanzschock bei konventionellen Pflanzungen mit Ballenware durch den substratbedingten Körnungsbruch und Freistand sehr groß. Städtische Labels und punktuelle hochprofessionelle externe Betreuung lösen keine Baustellen, sie schaffen neue und führen zur Selbstbeschäftigung der Verwaltungen mit dem fehlenden kostenkonformen grünen Blick ihrer hoheitlichen Aufgaben. Vielmehr ist wissensbasiertes gesamtsystemares und dabei detailliertes Kreislaufdenken gefordert. Das ZHAW Substrat im Test könnte eine Grundlage dafür werden.

Dipl.-Ing. Axel Heinrich
Autor

Dozent für Pflanzenverwendung

ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
 Andrea Gion Saluz
Autor

Wissenschaftlicher Mitarbeiter, ZHAW, Forschungsgruppe Pflanzenverwendung

Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW)

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