Chancen und Risiken der Gehölzverwendung in der Schwammstadt

Die Klimaveränderungen der letzten Jahre mit Starkregenereignissen, Hochwasserfluten, Sturmereignissen und längeren Hitze- beziehungsweise Trockenzeiten haben die Diskussion um einen Paradigmenwechsel im Umgang mit dem urbanen Wasserhaushalt in Politik, Verwaltung, Wirtschaft und Wissenschaft ausgelöst. Mit der visionären Forderung, Regenwasser aus den Kommunen und Städten nicht mehr abzuleiten, sondern es für die Grundwasserneubildung, zur Bewässerung des Stadtgrüns und zur Abkühlung aufgeheizter Innenstädte zu nutzen (Weißbuch Stadtgrün; Nationale Wasserstrategie; Klimaanpassungsgesetz), sind vielerorts dezentrale Regenwasserbewirtschaftungssysteme in der praktischen Erprobung (Grimm u. a., 2022; Rehfeld-Klein u. a., 2019; Richter u. a., 2023) (Abb. 1). Allerdings betreiben nur einzelne Städte derartige Projekte seit längerer Zeit, u. a. Berlin, Kopenhagen, Stockholm. Ihre kritische Betrachtung ermöglicht es, den Wissensstand über das reale Gehölzwachstum unter veränderten Regenwassereinflüssen zu mehren (Alvem u. a., 2023; Balder u. a., 2018).

Zur Abmilderung der Klimaentwicklungen und in Hinblick auf einen radikalen und kostenintensiven Stadtumbau müssen alle Aspekte bedacht und durch wissenschaftliche Studien abgeklärt werden, bevor mit gesicherten Erkenntnissen Standards formuliert werden können. Sie müssen zwangsläufig weit über die Konzeption von Mulden oder Rigolen mit Pflanzenbewuchs hinausgehen, die nach aktuellen Werbeaussagen schon jetzt dauerhaft Regenwasser sicher versickern lassen und in speziellen Subtraten und Zisternen gespeichert werden können. Da sich aus neuen Strategien gleichermaßen Chancen und Risiken für Baumwachstum, Grundwasserneubildung und urbaner Infrastruktur ergeben, sind Besonnenheit und kritische Experimentierbereitschaft Grundlage für einen langfristigen Erfolg im Stadtumbau. Anfängliche Bedenken müssen daher ernst genommen werden und bedürfen der gezielten Aufarbeitung (Balder, 2025; Doobe u. a., 2023; GALK, 2024; Richter u. a., 2023; Stoisser, 2023). Dies gilt insbesondere auch vor dem Hintergrund der aktuellen Schadensmeldungen aus Naturkatastrophen des Gesamtverbandes der Versicherer (GDV, 2024). Die Anforderungen der Siedlungswasserwirtschaft, der Stadtbegrünung und der Umweltvorsorge müssen bei scheinbar immer größeren Starkregenereignissen und Stürmen in sicheren Zukunftskonzepten zusammengeführt werden.

Baumwachstum und Grundwasserentwicklung

Wasser beeinflusst auf vielfältige Weise die vitale und räumliche Wurzelentwicklung von Gehölzen (Balder, 1998). Während Jungbäume in der Lage sind, in der Etablierungsphase eines Standortes bei guter Bodenluft mit der Zeit tiefere Bodenschichten zu erreichen und aus dem Grundwasser ihren Wasserbedarf zu decken, sind Altbäume hierzu nur bedingt fähig (Abb. 2). An Standorten mit hohem Grundwasserstand hingegen bilden die gleichen Baumarten flache, weitstreichende Wurzelsysteme aus, so dass ihre Standsicherheit dort eingeschränkt und ihre Sensibilität auf Grundwasserschwankungen zunehmen kann. Windwürfe nehmen daher bei erhöhter Sturmbelastung im Klimawandel zu (Abb. 3).

Die Voraussetzung für ein vitales langjähriges Baumwachstum ist daher ein stabiler Wasserhaushalt. Vielerorts haben in der Siedlungsgeschichte die dichte urbane Bebauung, großräumige Bodenversiegelungen und unkontrollierte Eingriffe in den Wasserhaushalt, insbesondere bei Baumaßnahmen, zu sinkenden Grundwasserpegeln in den Stadtzentren geführt (Meyer, 1982). Während die einen Baumbestände sich in ihrer Wurzelausbreitung in der Tiefe anpassen konnten, erlitten andere großräumig merkliche Trockenschäden (Balder, 1998). Um Baumausfälle zu verhindern, haben daher viele Städte zwischenzeitlich Baumschutzsatzungen erlassen und bemühen sich, die Grundwasserstände stabil zu halten und sogar wieder zu erhöhen. Mit dem Pegelanstieg ist aber die Gefahr der Staunässe insbesondere bei älteren Bäumen verbunden. Mit den Klimaveränderungen werden tendenziell die Winter feuchter und die Sommer trockener, die Schwankungen darüber hinaus dynamischer. Die Auswirkungen spiegeln sich real in klein- und großräumigen Grundwasserveränderungen wider und werden kontinuierlich im sog. Dürre-Index dargestellt (Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung; Deutscher Wetterdienst).

Daraus folgt, dass bei der Konzeption und Ausweisung von punktuellen Regenwasseranlagen (u. a. Mulden, Baum-Rigolen) bis hin zu größeren Schwammstadtquartieren, zunächst die historische und aktuelle Grundwassersituation evaluiert werden muss, um bei vorhandenem Altbaumbestand die Wurzelsituation und hieraus ableitend die Gefahren für die Baumgesundheit einschätzen zu können. Eine gewünschte Regenwasserversickerung darf nicht dazu führen, dass das Grundwasser nennenswert ansteigt, wenn vorhandene Altbäume nachfolgend durch Staunässe und Wurzelfäule belastet werden (Abb. 2). Jungbäume sind hingegen in der Lage, sich noch oberflächennah anzupassen.

Die aktuelle Forderung nach Wiedervernässung von Mooren im Rahmen der Maßnahmen zur Wiederherstellung der Natur (EU Restoration Law, 2024) und die damit zu erwartenden steigenden Grundwasserpegel müssen daher ähnlich kritisch begleitet werden, um negative Auswirkungen auf Stadtbäume auszuschließen. Dies muss im Fokus der deutschen Anpassungsstrategie an den Klimawandel für das Jahr 2030 stehen, denn nur ein vitales und gesundes Stadtgrün ist leistungsfähig und erreicht große Baumkronen mit der anzustrebenden Überschirmung der Stadt (BMUV, 2024).

Bislang liegen von Schwammstadtprojekten keine Studien zu den tatsächlichen Auswirkungen auf die lokalen Grundwasserstände vor, da viele Projekte sich noch im jungen Pilot-Stadium befinden. Ein Grundwassermonitoring auf städtischer Ebene zur Baumentwicklung erscheint daher erforderlich, um sowohl die gewünschten Bewässerungseffekte nachzuweisen als auch bei absehbarer Unverträglichkeit Baumschäden vorzubeugen. In jedem Fall ist in der Planungsphase eine standortbezogene Differenzierung in der Gehölzverwendung mit Weitsicht empfehlenswert. Es ist daher ratsam, konventionelle Baumkataster, die bislang nahezu ausschließlich zum Nachweis der Verkehrssicherheit betrieben werden, künftig um Daten zur physiologischen Entwicklung der Baumbestände zu erweitern.

Ähnliches gilt auch für Hochwasserereignisse. Immer häufiger treten Überschwemmungen nicht nur im Frühjahr, sondern nach Starkregenereignissen und bei trockenen Böden in der sensiblen Vegetationsperiode auf. Sie verursachen neben manuellen Schäden unmittelbar und mittelfristig Wuchsbeeinträchtigungen überfluteter Baumbestände. Je nach Dauer des Hochwassers, der Empfindlichkeit der Baumart und der Bodensituation reagieren die Bäume infolge der Sauerstoffarmut mit kurzzeitiger Kleinblättrigkeit (Abb. 4), Regeneration, Absterben und mit den Jahren mit einer geringen Standfestigkeit. Aktuelle Studien geben Hinweise auf die Bedeutung der Thematik und mahnen die Beachtung der laufenden Arbeiten zur Gehölzverträglichkeit bei der Optimierung der Schwammstadt an (Balder u.a., 2016; GALK, 2024).

Die Gesamtproblematik der Pflanzenverwendung und ihre Verträglichkeit in der Schwammstadt wurde bereits bei Tagungen kontrovers diskutiert, ohne dass die planende Praxis sich hieran aktiv beteiligt hat (UPC, 2023; DGGL, 2023; BdB, 2024). Andererseits wird bei der FLL an einer Überarbeitung und Zusammenführung der aktuellen Regelwerke gearbeitet, unter anderem den Empfehlungen für Baumpflanzungen und den Regelwerken der Wasserwirtschaft. Der bisherige Erfahrungs- und Wissensstand muss für alle Beteiligten die Grundlage für ein verantwortungsvolles Handeln sein.

Gehölzentwicklung in der Schwammstadt – quo vadis?

Konventionell werden dezentrale Regenwasserversickerungsanlagen überwiegend mit Gräsern bepflanzt, da die Versickerung durch die bewachsene Oberbodenschicht einen in der Regel erforderlichen Reinigungsschritt zum Schutz des Grundwassers darstellt. Die geltenden allgemein anerkannten Regeln der Technik in Deutschland sehen bisher keine darüberhinausgehende gezielte Bepflanzung von Mulden vor, formulieren aber auch keine grundsätzlichen Bedenken gegen eine Bepflanzung mit Bodendeckern, Gräsern oder Hochstauden (vgl. DWA Arbeitsblatt A 138). Eine Verwendung von Gehölzen wird hingegen eher kritisch gesehen, da grundsätzliche Fragen der Wasserwirtschaft noch der Klärung bedürfen, u.a. ein potenziell negativer Einfluss der Wurzelsysteme auf die langfristige Funktionalität der Anlagen, der Eintrag von unerwünschten Stoffen in das Grundwasser. Die Konzeption von Mulden an Streusalz belasteten Straßen wird klar abgelehnt (DWA A 138). Als Chance soll die Zufuhr von Regenwasser die kostenintensive Bewässerung bei Stadtbäumen ersetzen, ein vitales Gehölzwachstum mit ortsprägenden Bäumen ermöglichen und durch Verdunstung und Transpiration kühlende Wirkung entfalten. Dies setzt Funktionalität eines komplexen Systems im Lebenszyklusmodell voraus.

Die wenigen vorliegenden Untersuchungen von Projekten mit 15- bis 25-jährigen Laufzeiten belegen eine nachhaltige Förderung des Pflanzenwachstums unter Muldeneinfluss im Vergleich zu konventionellen Pflanzenstandorten. Alleen entwickeln sich homogen, die Belaubung ist dicht und von einer guten Nährstoffversorgung gekennzeichnet (Abb. 5). Offensichtlich werden mit dem Niederschlagswasser zusätzlich Nährstoffe den Bäumen auf diese Weise zugeführt. Trocken- und Hitzeschäden werden deutlich reduziert. Dies ist zweifelsfrei der verbesserten Wasserversorgung zuzuschreiben, aber auch einer weiträumigen Standortverbesserung durch die Muldenbauweisen selbst verglichen mit herkömmlichen Pflanztechniken (Balder u.a., 2018).

Die sich entwickelnden Wurzelsysteme der Bäume breiten sich auf der Suche nach Wasser vorrangig länglich in der Muldenmitte aus und entwickeln einen Großteil ihrer Wurzeln im organisch angereicherten Oberboden (Abb. 6). Senkerwurzeln bewirken gleichzeitig bislang eine sichere Verankerung der Bäume. Dabei entwickeln sie kräftige Starkwurzeln, so dass sie an ihren zugewiesenen Standorten bei räumlicher Enge seitlich der Mulden Bordsteinkanten durch- und unterwachsen mit folgenschweren Verdrückungen, Belagshebungen und -zerstörungen (Abb. 7). Das kann dadurch verhindert werden, indem seitlich Wurzelbarrieren eingebaut werden. Insbesondere muss aber eine Baumart in Hinblick auf den erforderlichen Wurzelraum gewählt werden, d. h. Muldenbreiten von 1,5 bis 3 Meter lassen nur die Verwendung von Sträuchern oder kleinwachsenden Baumarten zu. Eine messbare Abkühlung von Hitzeinseln setzt aber Großbäume mit zu erzielenden Großkronen und entsprechender Überschirmung voraus. Dies ist nur bei entsprechend großdimensionierten Straßenquerschnitten oder auf Plätzen zu realisieren.

Bleiben die Wurzeln oberflächennah, führen Pflegegänge in grasbewachsenen Mulden zu mechanischen Wurzelschäden. Bei einseitiger Ausstattung von Straßen mit Mulden sind aggressive Baumarten in der Lage, unter Asphaltbelägen hindurchzuwachsen, um die Wasserquelle zu erreichen (Abb. 8). Die Schäden und Reparaturaufwendungen des Straßenbaus sind entsprechend.

Mit der Zunahme der Kronengröße werden begleitende Vegetationsflächen beschattet, so dass unter anderem Bodendecker, Rosen, Stauden und Sträucher unter Lichtmangel leiden und sich individuell zurückziehen. Darunter leidet die Ästhetik von Gestaltungsgrün, auch verlieren die Anpflanzungen ihre Barriere-Wirkungen, so dass Trampelpfade entstehen (Abb. 9).

Die Planungspraxis wartet aktuell auf eine Empfehlungsliste zur Gehölzverwendung in Regenwasseranlagen. Die bislang verwendeten Baum- und Straucharten sowie Stauden wachsen allesamt gut, abgesehen von den Wurzelproblemen konnten grundlegende Entwicklungsunterschiede bislang nicht erkannt werden. Es bedarf dringend eingehender Studien, um diese Gehölzliste aufzustellen.

Die Risiken von Fehlentwicklungen und Schäden an den technischen Infrastrukturen sind erheblich und setzen umsichtige Planungen voraus. Hieraus ergeben sich vielfältige Pflegemaßnahmen, die konsequent zum Schutz der Investitionen mitgedacht und durchgeführt werden müssen (Balder u. a., 2022). Mit der Standzeit nimmt auch der Wasserbedarf, der an gute Wuchsbedingungen gewöhnten Bäume zu. Hieraus folgt, dass mit den Klimaveränderungen auch in der Schwammstadt Bäume gewässert werden müssen, um Ausfälle zu vermeiden (Abb. 10). Dies kann sich kleinräumig sehr unterschiedlich darstellen, da Punkteinläufe das Regenwasser nicht gleichmäßig verteilen, beispielsweise in Mulden.

Starkwachsende Bäume mit hohem Wasserbedarf sind in Trockenzeiten in der Lage, mit weitstreichenden Wurzeln die Feuchtigkeit aus dem weiteren Muldenumfeld zu beziehen, so dass an der dortigen Vegetation Trockenschäden entstehen können. Hieraus resultieren potenziell juristische Auseinandersetzungen zwischen den Grundstücksbesitzern. Zur Risikominimierung ist daher zu empfehlen, die Verantwortung in der Unterhaltung klar zu regeln und ganzheitliche Betreibermodelle zu entwickeln.

Funktionalität von Baumrigolen gefährdet?

Der Betrieb von Regenwasseranlagen ist auf lange Zeit angelegt. Dauerhaft ist zu gewährleisten, dass sich verändernde Starkregenereignisse weiterhin quantitativ managen lassen und nicht zu Überschwemmungen im bewohnten Bereich führen. Die Planung von Retentionsflächen muss entsprechend ausgelegt sein und dauerhaft funktionsfähig bleiben. Bei räumlicher Enge und der behördlichen Auflage, Niederschläge nur auf dem Baugrundstück versickern zu lassen, dürften sich verstärkende Regenwasserereignisse künftig problematisch auswirken (Abb. 11). Es erscheint daher sinnvoll, grundstücksübergreifende Regenwasserkonzepte zu erproben und in den Baugenehmigungsverfahren zu etablieren. Die Topographie eines Stadtquartiers muss bedacht und individuell genutzt werden, die Wasserwege vorzudenken und in die Planungskonzepte sinnvoll zu integrieren, u.a. auch Integration offener Wasserflächen. Dies bedingt vertragliche Vereinbarungen der beteiligten Akteure. Die Drainfähigkeit der zur Versickerung vorgesehenen Flächen muss daher dauerhaft gegeben sein.

Die Bepflanzung derartiger Anlagen mit Bäumen zur Gestaltung wirft aktuell elementare Fragen auf. Seitens der Wasserwirtschaft existieren Bedenken hinsichtlich der Risiken für den Grundwasserschutz durch Kurzschlussströmungen entlang der Baumwurzeln, einer unerwünschten Verdichtung des Untergrunds durch Wurzeln und einer möglichen Beeinträchtigung der Filterstabilität von Rigolen. Umfangreiche Bewässerungsversuche in Berlin haben ergeben, dass auch nach mehr als 20-jähriger Laufzeit trotz des Einwuchses von Baumwurzeln von Hainbuchen in Mulden bislang keine Beeinträchtigungen der geforderten Versickerungsleistung messbar waren (Abb. 12). Bei Wassersättigung des Untergrundes ist die Drainfähigkeit etwas eingeschränkt. Langzeitstudien müssen jedoch diese grundlegende Frage noch abschließend klären. Das gilt auch für die Verwendung anderer Baumarten, da ein stärkerer Wurzelfilz sehr wohl negative Effekte erwarten lässt.

Trotz der Klimaveränderungen werden Winterfröste in vielen Regionen in Nordeuropa weiterhin auftreten. Dies hat zur Folge, dass auf gefrorenen Böden anfallende Niederschläge oder auftauende Schneedecken einen verzögerten Regenwasserabfluss mit sich bringen (Abb. 13). Hiermit steigt die Gefahr von Überflutungen und Staunässe. Die Erfahrungen hierzu sind noch ganz am Beginn.

Regenwasseranlagen stellen neue Lebensräume für Organismen dar. Anpassungen in der Pflege haben bereits zur Steigerung der Biodiversität geführt, unter anderem durch veränderte Mahdabfolgen (Balder u. a., 2022; Kaletta, 2019). Offene Wasserflächen und länger stehendes Wasser trägt jedoch auch zur Vermehrung von Lästlingen und Krankheitserregern bei, beispielsweise von Mückenpopulationen, was in Wohnanlagen eher problematisch sein dürfte.

Gestaltung mit Gehölzen

Bäume können grundsätzlich in Hinblick auf ihre Verwendung in dezentralen Regenwasseranlagen auf unterschiedliche Weise räumlich konzipiert werden, um die blau-grüne Infrastruktur auch gestalterisch individuell für die klimaresiliente Stadt der Zukunft zu entwickeln (Gorning u. a., 2021). So ist es zum Beispiel möglich, Bäume an Straßen:

• direkt im Sohlenbereich von Mulden zu platzieren.
• auf einem erhöhten Planum (Podest) in die Muldenmitte zu setzen.
• seitlich zur Mulde in unversiegelten/versiegelten Bereichen als Pflanzstreifen zu setzen.
• seitlich zur Mulde in Baumscheiben in versiegelten Bereichen zu platzieren.
• an das jeweilige Kopfende von Mulden zu setzen.

Die Verwendung von Großbaumarten mit ihrer gewünschten Wirkung setzt voraus, dass hierfür breite Mulden von mindestens 5 bis 10 Meter für einreihige Bepflanzungen konzipiert werden (Abb. 14), sinnvoller erscheinen größere Areale mit genügend Entwicklungspotenzial (Abb. 15). In der Praxis werden die räumlichen Wuchsansprüche der Baumarten für eine lange Standzeit noch zu wenig beachtet (Abb. 16).

Die Erfüllung der EU-Restoration Law ermöglicht die Durchsetzung der Wuchsanforderungen der Baumarten. Da weniger die Anzahl der gepflanzten Bäume im Fokus der Umweltpolitik steht, sondern das Erreichen einer vitalen Überschirmung der Stadt, sollte dies genutzt werden, um vor dem Hintergrund der Mobilitätswende und der Flächenentsiegelung neue Baumstandorte zu qualifizieren. Gerade auf Quartiersebene lassen sich Gestaltung, Nutzung und Regenwasservorsorge großräumig völlig neu denken (Abb. 17).

Allen Standortsituationen ist gemein, dass sich die Gehölze unter- und oberirdisch ausbreiten wollen und müssen. Gestalterisch ist der Flächenbedarf sowie der mittel- und langfristige Effekt von Bedeutung, d. h. mit dem potenziellen Wachstum der Gehölze treten die räumlichen Aspekte wie Blickachsen, Lichtraumprofil im Verkehrsraum sowie die zunehmenden Schatteneffekte immer mehr in den Vordergrund. Gleichzeitig steigen auch der Wasserbedarf der Vegetation sowie die Unterhaltungskosten, unter anderem Bewässerung, Baumschnitt, Laubentfernung, Baumkontrolle (Verkehrssicherheit). Von daher sind die räumlichen Dimensionen langfristig für die Entwicklung und Finanzierung der Unterhaltungspflege bedeutsam.

Offene Fragen

Neben den bereits geschilderten Unklarheiten sind weitere Aspekte von großer Bedeutung, deren Klärung vorangetrieben werden muss. Dazu zählen die Aspekte:

• Schadstoffeinträge, u. a. aus Luftverschmutzungen, Straßenabrieb, Baumaterialien, Siedlungsabfällen;
• Erfordernis von vorgeschalteten Filtern und deren Leistungsfähigkeit;
• Reinigungseffekte von Gehölzen zum Schutz des Grundwassers;
• Schadstoffanreicherung in den Substraten (Sondermüll?);
• Eintrag von Baumpathogenen und Gegenmaßnahmen;
• Grundwasserentwicklung und Steuerungsmöglichkeiten;
• Unterhaltungskosten;
• Verkehrssicherheit (Standsicherheit), vorrangig bei hohen Grundwasserständen und Podestbepflanzungen.

Es scheint geboten, die realisierten Projekte weiter durch Experten aller beteiligten Disziplinen in einem offenen Dialog kritisch zu begleiten. Die komplexen Auswirkungen für Städtebau und Gehölzverwendung müssen voll erkannt werden, die Grundwasserentwicklung steht dabei im Mittelpunkt des Interesses (Abb. 18). Auch dies ist Kern des Weißbuchprozesses "Grün in der Stadt – Für eine lebenswerte Zukunft" (BMUB, 2017). Chancen müssen nachvollziehbar durch Best Practise-Beispiele belegt, Risiken benannt und minimiert werden. Nur so lässt sich der Weg hin zur klimaresilienten Stadt mit den anzustrebenden Effekten beschreiten und sicher erreichen.

Fazit

Dezentralen Regenwassersystemen mit Baumbewuchs ist in der Stadt der Zukunft als urbane Technologie eine große Bedeutung beizumessen. Umfassende Untersuchungen von realisierten Projekten mit längerer Laufzeit bestätigen die grundsätzliche Chance, Gehölze im Einflussbereich von Mulden zu verwenden. Die bessere Wasserversorgung fördert das Baumwachstum und vermindert trockenheitsbedingte Schadentwicklungen. Es sind aber auch Risiken erkennbar, da ein starkes Baumwachstum Schäden an der technischen Infrastruktur der Stadt mit großen Folgekosten auslösen kann, wenn die Verhältnisse zu eng bemessen sind. Die langfristigen Auswirkungen auf die Muldenfunktion sowie die Baumentwicklung bezüglich Vitalität, Gesundheit und Verkehrssicherheit sind noch nicht abschließend zu bewerten. Der Forschungsbedarf ist unverkennbar. So könnten in neu zu konzipierenden Projekten im Sinne eines Optimierungsprozesses die ungeklärten Aspekte mit wissenschaftlicher Begleitung abgeklärt werden, um für die Bau- und Genehmigungspraxis verbesserte Konzepte abzusichern. Eine integrierte Infrastruktur ließe sich so intelligent entwickeln und vermehrt einführen.

Es wird deutlich, dass die künftigen Konzepte nicht nur allein die Anforderungen der Regenwasserbewirtschaftung betrachten dürfen. Im Fokus der Akteure muss der urbane Gesamtkontext unter Berücksichtigung der vielfältig positiven Effekte für die Lebensraumgestaltung, Luftreinhaltung, Stadtklimatisierung, Erhöhung der Biodiversität sowie Kostentransparenz in der Bauphase und langjährigen Unterhaltung stehen. Es ist zu erwarten, dass der Stadtumbau weiteren Raum für moderne Konzepte mit Beispielcharakter ermöglicht.

Literatur

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