Luftaustausch bei Stadtbäumen

Stadtbäume und Luft: Dass Bäume eine zentrale Rolle für die Luftqualität in den Städten spielen, ist ausreichend bekannt. Dass sie jedoch selbst genug Platz zum Atmen brauchen, wird häufig zu wenig beachtet. Dabei kann das Stadtgrün seine wichtige Aufgabe nur dann wahrnehmen, wenn ein hinreichender Luftaustausch gewährleistet ist.

 

Stadtbäume – nicht nur sprichwörtlich lebende Lungen

Neben Wasser ist Sauerstoff das wichtigste Element für das Leben auf der Erde.

Ein erheblicher Großteil aller bekannten Lebewesen auf dem Planeten hat einen aeroben Metabolismus. Sie benötigen demnach Sauerstoff, um den Katabolismus zu betreiben, ohne den kein Stoffwechsel möglich wäre.

 

Die Atmosphäre besteht zu rund 21 Prozent aus Sauerstoff, der nahezu vollständig von Pflanzen produziert wird. Sie wandeln Kohlendioxid in Sauerstoff um, und schaffen damit die Grundlage für das Leben auf dem Planeten.

 

Welche Bedeutung diese Aufgabe hat, lässt sich vor allem in den Städten beobachten: Hier tragen die Bäume nicht nur zur Sauerstoffproduktion bei. Sie haben außerdem erheblichen Anteil an der Luftqualität – indem sie Kohlendioxid und andere Schadstoffe filtern. Dazu brauchen die Stadtbäume selbst aber ebenfalls ausreichend Luft zum Atmen. Denn nur dann kann der wichtige Luftaustausch funktionieren.

 

 

Blätter fliegen von herbstlichem Stadtbaum

 

Photosynthese: Der wichtigste Beitrag von Bäumen zum Leben

Ohne Luftsauerstoff kein aerobes Leben. Zwar stellen Algen in den Meeren aufgrund ihrer gigantischen Masse und Ausdehnung die größten Einzelproduzenten von Sauerstoff dar, an zweiter Stelle folgen jedoch Bäume. Und zwar nicht nur solche in großen Wäldern, sondern jeder einzelne Baum.

 

Dabei gibt es keinen Unterschied zwischen den diversen Pflanzen, auf welche Weise sie Sauerstoff produzieren. Alles läuft auf die Photosynthese hinaus:

  • Die Pflanze nimmt tagsüber Wasser (H2O) und Kohlendioxid (CO2) auf; dies geschieht maßgeblich über die Wurzeln.
  • Im Chlorophyll der grünen Pflanzenbestandteile findet eine Reduktion und eine Oxidation der chemischen Elemente statt. Als Energielieferant dient Sonnenenergie.
  • Daraus stellt die Pflanze für sich Zucker her, der als Nährstofflieferant für das allgemeine Wachstum dient.
  • Als maßgebliches „Abfallprodukt“ verbleibt Sauerstoff (O2), der wieder in die Umgebung ausgeatmet wird.
  • Bei Dunkelheit verkehrt sich der Prozess ins Gegenteil - es wird Sauerstoff aufgenommen. Allerdings ist die Sauerstoffbilanz innerhalb von 24 Stunden bei jeder Pflanze positiv; sie gibt also mehr ab als sie aufnimmt.

 

 

Parklandschaft im Frühherbst

 

Derart wird das erwähnte Sauerstoffniveau bereits seit vielen Millionen Jahren auf der Erde gehalten – allerdings sprechen Fachleute hierbei von der „Dritten Erdatmosphäre“. Die beiden vorherigen Erdatmosphären seit Entstehung des Planeten enthielten keinen Sauerstoff in nennenswertem Maß.

 

Die Bedeutung von urbanen Bäumen für die Luftqualität

Was würde in einer großen Stadt passieren, in der sich gar keine Bäume oder andere nennenswerte Gewächse befänden? Aus Sicht des reinen Sauerstoffgehalts nichts, was sich messen ließe. Die Sauerstoffverteilung ist auf der gesamten Erde weitgehend gleich. Die Unterschiede bewegen sich im Bereich von allerhöchstens 50 Teilen pro Million – die 20,9 Prozent Sauerstoff in der Erdatmosphäre bedeuten 209.000 Teile pro Million.

 

Diese Werte gelten sogar angesichts der Produktionsschwankungen im Verlauf von Tag und Nacht sowie den jahreszeitlichen Unterschieden – laubabwerfende Bäume betreiben im Winter keine Photosynthese. Da die Jahreszeiten von Nord- und Südhalbkugel jedoch spiegelverkehrt zueinander ablaufen, findet ein ständiger Ausgleich statt, sodass niemals irgendwo eine Unterversorgung zu befürchten ist –nicht einmal in einer Großstadt ohne jegliche Gewächse.

 

 

Bäume an einer Stadtstraße

Dennoch haben Bäume im urbanen Bereich abseits der Sauerstoffproduktion einen erheblichen Einfluss auf die dortige Luftqualität.

  • Dies liegt einerseits in ihrer Eigenschaft, auf durchströmende Luft ganz ähnlich wie ein Filter zu wirken, der Schwebstoffe wie etwa Feinstaub zurückhält.
  • Andererseits daran, dass sie Abgase und andere schädliche Gase aus der Luft entnehmen sowie eine bessere Anreicherung mit Sauerstoff durch Abschattung erlauben: In kalter Luft eines beliebigen Volumens finden sich durch die größere Dichte mehr Sauerstoffmoleküle.

 

Allerdings dürfen all diese Vorteile nicht überdecken, dass sich städtisches Pflanzwerk auch nachteilig auf die Luftqualität auswirken kann. Dies geschieht dann, wenn durch zu dichte und/oder falsche Bepflanzung eine Durchmischung vertikaler Luftschichten verhindert wird.

 

In solchen Fällen stellt sich ein gegenteiliger Zweck ein: Das dichte Blattwerk verhindert, dass beispielsweise Fahrzeugabgase abziehen. Stattdessen sammeln sich gefährliche Emissionen, wovon vor allem Passanten betroffen sind. Anpflanzungen sollten deshalb ausreichend licht sein, so dass die Emissionen noch entweichen können.

 

Das Wurzelwerk als Teilbereich der Baumatmung

Bei vielen Menschen hält sich der Glaube, dass den Baumwurzeln lediglich zwei Aufgaben zukommen: die Versorgung des Baums mit Wasser und Nährstoffen einerseits, und ein sicherer Halt im Boden andererseits.

 

Das ist zwar durchaus korrekt. Allerdings bildet dies die Bedeutung der Wurzeln für Wachstum und Gesundheit eines Baums nur unvollständig ab. Denn über die Wurzeln finden auch wesentliche Prozesse der Baumatmung statt.

 

Dies mag paradox erscheinen, da der Erdboden von vielen als verdichtete Masse angesehen wird, die mangels Zwischenräume keine Luft enthalten kann. Der Erdboden ist in Wahrheit jedoch davon geprägt, eine riesige schwammartige Struktur zu besitzen. Für das bloße Auge mögen luftgefüllte Hohlräume nicht erkennbar sein, sie sind jedoch da – und lebenswichtig für jeden Baum.

 

 

Freiliegendes Wurzelsystem eines Nadelbaums

Im urbanen Raum bringen die Bodenverhältnisse für die Bäume jedoch andere Voraussetzungen:

  • Die stadttypische Bebauung macht es notwendig, Untergründe sehr stark zu verdichten, beispielsweise für stabile Unterkonstruktionen von Straßen, Gehwegen, aber auch für Gebäudefundamente.
  • Die Konkurrenz zur städtischen Infrastruktur – Verkehrswege, Versorgungsleitungen etc. – lässt außerdem vielfach nur wenig Platz im Boden, wo sich die Wurzeln ausbreiten können. Daher werden Pflanzgruben meist zu klein für die Bedürfnisse der Stadtbäume ausgehoben. Auch die Baumscheibe selbst wird häufig nicht ausreichend groß dimensioniert.
  • Ohne angemessenen Schutz wird zudem das Substrat um den Wurzelballen bzw. den Wurzelbereich schon kurz nach dem Anpflanzen stark verdichtet – etwa durch den Fußverkehr. Dadurch können keine nennenswerten Luftmengen mehr in den Untergrund gelangen.

 

In dieser Folge entsteht für viele Stadtbäume in Sachen Luft eine ganz ähnliche Situation wie beim Wasser: Sie bekommen nicht genügend davon an ihr Wurzelwerk und können überschüssiges Gas zudem nicht effektiv genug ausstoßen. Dadurch wird der gesamte Photosynthese-Kreislauf des Baumes gehemmt. Das Wachstum wird gebremst, der Baum wird insgesamt geschwächt und dadurch anfälliger für Krankheiten, Pilz- und Insektenbefall.

 

Dies bedeutet, dass bereits bei der Planung von urbanem Baumbestand der Be- und Entlüftung der gesamten Pflanze Aufmerksamkeit zuteilwerden muss. Geschieht dies nicht, ist es nicht möglich, einen optimalen Standort auszuwählen.

 

Wie der Faktor Luftaustausch bei der Standortwahl gewährleistet werden kann

 

Der Baum muss von den Wurzeln bis zur Krone atmen können, um gesund aufzuwachsen und über viele Jahrzehnte seine positiven Eigenschaften im städtischen Raum erfüllen zu können. Dazu ist es notwendig, dass von Anfang an klein- und großmaßstäblich richtig gehandelt wird, damit der stete Luftaustausch funktioniert:

 

  • Generell muss durch allgemeine städtebauliche Maßnahmen sichergestellt sein, dass eine vertikale Durchmischung der Luftschichten stattfinden kann. Einerseits geschieht dies durch Anlage von Straßenachsen entlang der örtlich vorherrschenden Hauptwindrichtung. Andererseits durch eine möglichst aufgelockerte Bebauung, sodass keine riesigen Häuserfronten als „Sperre“ im Weg stehen.
  • Gemäß dieser Methode sollten Stadtbäume möglichst in gerader Linie angepflanzt werden und somit parallel zur vorherrschenden Richtung der Luftströmung. Je stärker Bäume versetzt angepflanzt werden, desto mehr werden Sie zum Hindernis. Ferner sollte nach beiden Seiten genügend Freiraum verbleiben, damit vor allem sommerlich dichte Kronen gut umströmt werden können – hier spielt besonders der Abstand zu Bebauungen eine Rolle, die höher sind als der ausgewachsene Baum.

Wirkungsweise System HUNO von Humberg

  • Je stärker die Belastung mit (Luft-)Schadstoffen am Baumstandort ist, desto stärker muss der Baum respektiv durch Pflegeschnitte gestaltet werden, sodass er auch im begrünten Zustand luftdurchlässig ist. Hier ist ein Mindestmaß von 50 Prozent anzustreben. Zudem sollte darauf geachtet werden, dass die Verästelungen sich in Grenzen halten. Je weniger Verzweigungen, desto weniger beeinflusst der Baum sommers wie winters die Luftzirkulation.
  • Die Pflanzgrube muss mindestens zwölf Kubikmeter umfassen – mehr ist jedoch besser. Überdies sollte zum Anpflanzen ein lockeres, offenporiges Substrat verwendet werden. Dies wird selbst nach Jahren deutlich weniger verdichtet als es bei herkömmlichem Erdreich der Fall ist und stellt somit auf natürlichem Weg eine brauchbare Wurzelbelüftung sicher.
  • Der Raum um die Pflanzgrube herum sollte unbedingt durch technische Maßnahmen porös gehalten werden. Dazu bieten sich entsprechende Wurzelraum-Versorgungssysteme an. Sie sorgen durch Rohrleitungen nicht nur für eine technisch optimale Zu- und Abluftführung zum Wurzelbereich, sondern verhindern zudem, dass das lockere Substrat mit der Zeit durch Schmutzeintrag verschlammt und somit seine Porosität zum Teil einbüßt.

 

 

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