• Klima, Umwelt und Gesundheit

BÄUME AUF TAUCHGANG

Von anfänglichen Versuchsreihen im familiären Gewächshaus zur Veröffentlichung eines anwenderorientierten E-Books: Eine am KIT entwickelte Splittzylinder-Technologie soll das urbane Grün gegen Trockenstress schützen.

Splittzylinder fördern das Wurzelwachstum in tiefere, feuchtere Bodenschichten


Bäume sorgen im urbanen Raum nicht nur ästhetisch für mehr Lebensqualität und Wohlfühlcharakter, sie erfüllen wichtige Funktionen für Mensch und Tier. Sie verhelfen zu einer besseren Luftqualität und beugen großen Hitzestaus in Wohnsiedlungen vor. Sie erhalten die Biodiversität, sind Lebensraum zahlreicher Tierarten und bieten Nistplätze sowie Nahrung für die Tierwelt. Die heißen und trockenen Sommer der vergangenen Jahre haben den Bäumen in städtischen Gebieten allerdings stark zugesetzt, denn sie leiden zunehmend unter Trockenstress.

Prof. Dr. Claus Mattheck, Dr. Klaus Bethge, Dr. Karlheinz Weber und Dr. Iwiza Tesari vom Institut für Angewandte Materialien (IAM) am KIT haben mit dem Buch „Klimafester Baum“ eine Methode veröffentlicht, die den verdurstenden Bäumen zu Hilfe kommt: Ein Splittzylinder für tieferes Wurzelwachstum in feuchtere Erdregionen.

Das Problem erkannt

Bereits 2019 haben viele Städte und Kommunen den Klimanotstand ausgerufen. Die heißen Sommermonate haben zu zahlreichem Baumsterben geführt, hunderte von Bäumen mussten gefällt werden. Um dem weiteren Baumsterben entgegenzuwirken, hat eine Stadt in Nordrhein-Westfalen ihre Bäume 2020 täglich mit rund 270.000 Kubikmeter Wasser versorgt. Das ist keine Seltenheit, denn in immer mehr Großstädten werden in aufwendigen Maßnahmen Rohre zur unterirdischen Bewässerung verlegt. Ist damit das Problem gelöst? „Eine oberflächennahe künstliche Bewässerung ist nicht nur kostenintensiv, sondern langfristig betrachtet ineffizient. Die Bäume werden zunächst zwar mit ausreichend Wasser zum Überleben versorgt, ihr natürlicher Drang, in Richtung tiefere Wasserschicht zu wurzeln, dadurch allerdings unterbunden“, erklärt Dr. Karlheinz Weber, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Angewandte Materialien. Damit sind die Bäume zukünftig auf eine ständige Bewässerung in Hitzeperioden angewiesen, um nicht in Trockenstress zu verfallen. Ein Teufelskreis, denn die künstliche Bewässerung löst zwar symptomatisch das Problem, behebt aber nicht die Ursache.

Splittzylinder fördern das Wurzelwachstum in tiefere, feuchtere Bodenschichten
Splittzylinder fördert das Wurzelwachstum in tiefere, feuchtere Bodenschichten

Mit dem Splittzylinder die Ursache beheben

„Wir müssen den Wurzeln einen Anreiz bieten, wieder nach unten zu wachsen“, sagt Prof. Dr. Claus Mattheck, heute Distinguished Senior Fellow und ehemaliger Leiter des Bereichs Biomechanik des Instituts für Angewandte Materialien am KIT. Die durch sein Team entwickelte Splittzylinder-Technologie ist deutlich einfacher, kostengünstiger und durch jeden für eine Bandbreite an Baumbeständen anzuwenden: von Parkanlagen, über städtische Alleen bis zum Hobbygarten. Das Verfahren sieht Bohrungen mit einem Durchmesser von etwa 20 bis 30 Zentimetern und einer Tiefe, je nach Bodenart, von etwa ein bis zwei Metern vor. Das Loch wird mit genügend Abstand zum Baum gebohrt, mit einer Mischung aus Splitt und „Terra-preta“-Erde ausgefüllt und innerhalb der ersten zwei Wochen gelegentlich angegossen. Danach sind die Splittzylinder erwartungsgemäß Selbstversorger und stellen einen langfristigen Zugang für Wasser und Dünger dar. Die Wurzeln werden vom nährstoffreichen und feuchten Splittzylinder angezogen und das Wachstum in die tieferen, feuchteren Bodenschichten begünstigt – nicht nur unter normalen klimatischen Bedingungen. Wenn die oberste Erdschicht bei länger anhaltenden Hitzeperioden stark austrocknet und Wasser hauptsächlich oberflächlich abfließt, weil es keinen Weg mehr in die unteren Schichten findet, öffnet der Splittzylinder zumindest stellen weise die harte Oberschicht und lässt Wasser eindringen. „Die Wurzeln wachsen Richtung Splittzylinder und in ihm nach unten. Haben sie das untere Ende des Splittzylinders und damit die feuchteren Erdschichten erreicht, ist der Baum gegen Trockenstress gewappnet. Naturbeobachtungen haben gezeigt, dass ein Baum mit nur einer einzigen daumenbreiten Wurzel in feuchteren Bodenschichten eine Trockenperiode lebend überstehen kann, da seine Wasserversorgung gewährleistet ist“, so Prof. Mattheck.

Gemeinsame Splittsäulen bei dicht stehenden Bäumen
Gemeinsame Splittsäulen bei dicht stehenden Bäumen

„Die Bäume sterben jetzt“

Angeregt durch das Wurzelwachstum von Bäumen in Felsspalten haben die Forschenden die Splittzylindertheorie in einem frühen Experiment mit Maispflanzen belegt. „Da wir schnell sichere Ergebnisse zeigen wollten, hat sich die Maispflanze als prädestiniert erwiesen. Eine Baumwurzel wächst am Tag maximal fünf Millimeter in die Länge. Unsere Maispflanzen zeigten die selbe Wachstumsgeschwindigkeit. Bereits nach kurzer Zeit hat sich deutlich gezeigt, dass die Maispflanze in komprimierter Stadterde nur zögerlich durch die verhärteten Schichten in die Tiefe wächst. Mit dem Splittzylinder hingegen ist die Maispflanze direkt in die Tiefe gewachsen und hat ein mehrfach schnelleres Wachstum vorweisen können“, so Dr. Weber. Langzeituntersuchungen an Bäumen laufen aktuell an mehreren Standorten in Deutschland. Obwohl der Praxistest am Baum noch nicht abgeschlossen ist, hat die Forschungsgruppe ihre Technologie und das zugehörige Buch veröffentlicht. Zeitnot hat sie zu diesem Schritt bewegt: „Die Bäume sterben jetzt. Alle reden über neue Baumarten, die wir zukünftig pflanzen können. Aber wir können die jetzigen Bäume nicht alle sterben lassen, das wäre eine absolut ineffiziente Lösung. Stattdessen sollten wir uns langfristig überlegen, wie wir das Absterben weiterer Baumarten nachhaltig vermeiden und damit auch die Lebensqualität in unseren Städten erhalten können. Der Splittzylinder ist ein erster Schritt dazu“, so Prof. Mattheck.

Weiterführende Links

Bilder: Institut für Angewandte Materialien / KIT

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