Erste systematische Nährstoffuntersuchungen an Baumsubstraten seit 24 Jahren

1. Einleitung

Gründliche und fachgerechte Boden- beziehungsweise Standortvorbereitung sowie die nachfolgende Fertigstellungs-, Entwicklungs- und Unterhaltungspflege sind die notwendigen Voraussetzungen für eine artgerechte Entwicklung der Bäume. Das ist bei so einer auf viele Jahrzehnte hin angelegten Pflanzung besonders wichtig. Dazu gehört neben der generellen Standorteinschätzung (Licht, Niederschläge, Bodenart und -zustand) auch eine Nährstoffanalyse am vorgesehenen Standort. Wie Bilz (2013) an einem Beispiel zeigt, sind Nährstoffmangelsituationen nicht nur an klassischen Stadtstandorten mit stark gestörten Böden zu erwarten, sondern können auch an zunächst bei oberflächlicher Betrachtung als "gut" eingestuften Standorten (hier: früher landwirtschaftlich genutzte Böden) auftreten. Das Wachstum der untersuchten Linden, Eschen, Bergahorn, Ulmen und Stieleichen war in dem geschilderten Fall beeinträchtigt durch sehr geringe Gehalte bei N, P und K. Eine gezielte Nachdüngung beseitigte die Mängel im Wachstum und der Vitalität.

Stand der Technik bei Baumpflanzungen an stark verbauten Standorten ist der Einsatz von mineralischen Substraten im Bereich der Pflanzgrube zur Gewährleistung optimaler Wachstumsbedingungen für den Baum, gegebenenfalls in Verbindung mit der Gewährleistung einer Überbauung der Pflanzgrube. Qualitätsanforderungen für derartige mineralische Substrate finden verbreitet Anwendung in Ausschreibungen (FLL, 2010; ZTV-Vegtra-Mü, Landeshauptstadt M, 2016, RAL Gütesicherung, 2018).

Grundsätzlich werden bei den Baumsubstraten in erster Linie Anforderungen an die physikalischen Eigenschaften gestellt. Im Vordergrund stehen langfristige Verdichtungsstabilität, großes Porenvolumen, hohe Luft- und Wasserkapazität, gute Durchwurzelbarkeit, dazu hohe Wasserdurchlässigkeit, um Staunässe nach Starkregenereignissen zu vermeiden. Die Anforderungen an chemische und biologische Eigenschaften der Substrate beschränken sich zumeist auf den pH-Wert, den Salzgehalt und den Gehalt an organischer Substanz. Die Nährstoffgehalte sind lediglich zu deklarieren. Grenzwerte, vergleichbar zu den Festlegungen für Dachsubstrate, gibt es keine. Auch eine Aufdüngung oder Einstellung auf bestimmte Nährstoffgehalte ist nicht vorgesehen.

Um die Entwicklung der Nährstoffversorgung von neu gepflanzten Bäume in nicht-überbaubaren FLL-Substraten langfristig zu beobachten, wurden im Rahmen des Forschungsprojekts "Stadtgrün 2021+" jährlich Substrat- und Blattproben genommen, Im Abgleich mit den Vitalitätsbonituren und Zuwachsmessungen der Versuchsbäume wurden neue Erkenntnisse zur Nährstoffversorgung und zum Nährstoffbedarf von Stadtbäumen gewonnen.

2. Material und Methoden

Im Versuch wurde eine standardisierte Baumgrubengröße von 8 Kubikmeter mit einer Baumgrubentiefe von 1,5 Meter vorgegeben. An den drei Versuchsstandorten (Kempten, Würzburg, Hof/Münchberg) wurden nicht-überbaubare Substrate entsprechend den "FLL-Empfehlungen für Baumpflanzungen, Teil 2: Standortvorbereitung für Neupflanzungen; Pflanzgruben und Wurzelraumerweiterung, Bauweisen und Substrate" (2010), Pflanzgruben-Bauweise 1, verwendet. Die in den FLL-Empfehlungen vorgegebene Baumgrubengröße von 12 Kubikmeter konnte hier aus Kostengründen nicht realisiert werden, da die Kosten für das Substrat, die Standortvorbereitung, Pflanzung und Pflege von den Partnerstädten für die jeweils über 200 Versuchsbäume/Standort aufgebracht werden mussten. Lediglich die Bäume konnten aus dem Etat des Forschungsvorhabens bezahlt werden.

Die Auswurzelung in diesen Substraten ist dank ihres hohen Porenvolumens und der damit verbundenen guten Luftführung hervorragend (Abb. 1, 2).

Da aus logistischen Gründen an den drei Standorten jeweils unterschiedliche Substrathersteller zum Einsatz kamen, wurden die FLL-Vorgaben noch enger gefasst, um eine Vergleichbarkeit der Substrate an den verschiedenen Standorten zu gewährleisten (Tab. 1).

Für den Standort Würzburg wurde auf Wunsch des Gartenamtes der Stadt Würzburg ein Handelsprodukt des Substratherstellers Vulkatec verwendet. In Kempten und Hof/Münchberg wurden regionale Kieswerke mit der Bereitstellung einer Substratmischung beauftragt (Tabelle 2). Insofern stand zu vermuten, dass die nährstoffchemischen Eigenschaften der Substrate, bedingt durch die unterschiedlichen Ausgangsstoffe, durchaus unterschiedlich waren (s. Tabelle 2).

Die in Tabelle 2 aufgeführten Komponenten wurden für die Substratmischungen verwendet.

Darüber hinaus stellte sich die Frage, ob die mineralisch geprägten Substrate mit einem geringen Humusanteil im Laufe der Zeit aufgedüngt werden müssen, um eine ausreichende Versorgung der Jungbäume während der Auswurzelungsphase bis zum Anschluss an den gewachsenen Boden zu gewährleisten.

Die Nährstoffanalysen im Jahr 2012 ergaben für Würzburg unverändert hohe K2O-Werte im Baumsubstrat (s. Abb.6), während die K2O- und Mg-Gehalte seit der Pflanzung der Versuchsbäume in den Städten Kempten und Hof/Münchberg deutlich zurückgegangen waren (s. Abb. 6, 8). Auf Grund dieser Tatsache und der vermeintlich geringen Stickstoffversorgung (s. Abb. 12) wurde nach eingehenden Diskussionen mit Experten beschlossen, im Frühjahr 2013 eine N-P-K-Düngung in Kempten und Hof/Münchberg durchzuführen.

Zusammensetzung der Düngerlösung des Herstellers Compo:

• 6 Prozent Stickstoff
• 5 Prozent wasserlösliches Phosphat
• 11 Prozent wasserlösliches Kalium

Spurennährstoffe:

• 0,02 Prozent wasserlösliches Bor
• 0,03 Prozent wasserlösliches Kupfer
• 0,05 Prozent Eisen
• 0,02 Prozent Mangan
• 0,003 Prozent Zink

Auf Grund der deutlich gesunkenen Magnesiumwerte der Substrate in Kempten sowie Hof/Münchberg wurden für diese Standorte der Düngerlösung noch Bittersalz zugesetzt (0,75 kg je 10 l Düngerlösung Baumkraft Fluid).

Wegen der hohen Kaliwerte in Würzburg kam dort eine spezielle N-P-Düngung (6–5) zur Anwendung, ergänzt mit 1 Prozent Magnesiumoxid. Die Substrate der 2015er Pflanzung wurden zu keinem Zeitpunkt gedüngt.

Der pH-Wert der Lösungen lag zwischen 5 und 6 laut Herstellerangaben. Die Nährlösungen wurde 1-prozentig angesetzt; die ausgebrachte Wassermenge je Baum betrug 100 Liter. Die Ausbringung erfolgte in Münchberg in der 20. KW, in Würzburg in der 21. KW, in Kempten in der 23. KW und in Hof in der 24. KW 2013.

Anschließende Substratanalysen im Herbst 2013 deuteten auf eine nach wie vor sehr geringe Stickstoffversorgung hin, so dass im Frühjahr 2014 eine reine Stickstoffdüngung mit einem Langzeitdünger (Hornmehl: 90 g N/Baum) durchgeführt wurde, der mit je 100 Liter Wasser pro Baum eingeschwemmt wurde.

Seit Beginn des Versuchs wurden einmal jährlich im August Proben aus den Pflanzgruben gezogen. Da auf Grund der grobkörnigen Matrix der Substrate die Probeentnahme nicht mit einem Bohrstock durchgeführt werden konnten, wurde ein Erdbohrer eingesetzt. Über alle untersuchten Baumarten (vier verschiedene Baumgruben je Art) wurden pro Standort Mischproben gezogen, die in den Wendeln des Erdbohrers Substrat aus den Tiefen 0 bis 60 Zentimeter enthielten. Im Jahr 2015 wurden an allen drei Versuchsstandorten zusätzliche Bäume gepflanzt. Hier wurden nach der gleichen Methodik Proben gezogen. Die Substrate waren im Vergleich zu den Substraten der Pflanzung im Jahr 2010 teilweise anders zusammengesetzt (s. Tab. 3). Anders als 2010 wurde in Münchberg 2015 ein anderes Substrat als in Hof verwendet. Genaue Angaben dazu liegen leider nicht vor. Deshalb beziehen sich die Angaben zu der Erweiterung der Substratuntersuchungen im Jahr 2015 nur auf den Standort Hof ohne Münchberg.

2.1 Untersuchung der Nährstoffgehalte in den FLL-Substraten

Die entnommenen Substratproben wurden labortechnisch auf die pflanzenverfügbaren Anteile der Hauptnährstoffgehalte, den pH-Wert, die Gehalte an organischem Kohlenstoff Corg und Gesamt-Stickstoff Nt sowie die Kationen-Austauschkapazität (KAK) untersucht. Die Analysen erfolgten nach den Bestimmungen des VDLUFA (1991, Tabelle 4).

Die Laboruntersuchungsverfahren des VDLUFA sind über entsprechende Validierung und Kalibrierung in Feldversuchen grundsätzlich dazu geeignet, den jeweils pflanzenverfügbaren Anteil von Nährstoffen in Böden zu beschreiben. Ebenso verhält es sich mit dem gewählten Verfahren zur Messung des organischen Kohlenstoffs. Die Laborverfahren mussten jedoch an die grobkörnige Matrix der Baumsubstrate angepasst werden. Die Einwaagen wurden so groß gewählt, dass eine hinreichende Reproduzierbarkeit der Messergebnisse erzielt werden konnte (30 g Substrat/300 ml Extraktionsmittel in 3-facher Wiederholung).

2.2 Untersuchung der Nährstoffgehalte in Blattproben

Seit 2014 wurden jährlich jeweils Anfang August, zeitgleich mit der Entnahme von Substratproben, bei sechs Baumarten je Standort Blattproben entnommen, um ebenfalls über eine Laborbestimmung der Nährstoffgehalte in den Blättern den Nährstoffstatus der Bäume direkt zu überprüfen.

Die Probenahmen und Untersuchungen der Blätter erfolgten nach den Vorgaben des ICP Forest (2010). Die Blattproben wurden im Labor getrocknet und vermahlen. Anschließend wurden die Gehalte der Elemente N, P, K, Mg, Fe, Mn und B ermittelt. Die Bestimmung der Stickstoffgehalte erfolgte mit einer Kjeldahl-Apparatur. Zur Messung der weiteren Elemente wurden die Blattproben mit einem Mikrowellen-Druckaufschluss unter Zugabe von 5 Milliliter konzentrierter Salpetersäure und 1 Milliliter konzentrierter Salzsäure aufbereitet. Die Endbestimmung im Filtrat erfolgte an einem ICP-OES-Spektrometer.

3. Ergebnisse und Diskussion

3.1 Entwicklung der Nährstoffgehalte der Substrate von 2010 bis 2019

An allen Standorten lagen die pH-Werte zum Zeitpunkt der Pflanzung deutlich über pH 7 (Abb. 4, 5). Seither ist kein wesentlicher Trend zur Veränderung der pH-Werte erkennbar. Die im Substrat vorhandene pH-Pufferkapazität reichte also bisher aus, um eventuelle saure oder basische Einträge auszugleichen. Tendenziell war der pH-Wert des Würzburger Substrats sowohl bei den Pflanzungen 2010 als auch 2015 niedriger als an den Vergleichsstandorten. In Kempten wurde bei der Pflanzung 2015 die Komponente Porlith durch Ziegelsand ersetzt. Wahrscheinlich war das die Ursache für die im Vergleich zur Pflanzung 2010 höheren pH-Werte an diesem Standort. Das Bodeninstitut Prügl ist bei Vergleichsmessungen zwischen Ziegelsand und Porlith zu ähnlichen Ergebnissen gekommen (persönliche Mitteilung J. Prügl).

Die Erfahrungen seit der Einführung der FLL-Substrate im Jahr 2010 haben gezeigt, dass die pH-Werte der handelsüblichen Baumsubstrate generell über dem Wert 7 liegen. Insofern sind die hier gemessenen Werte völlig normal und bleiben weit unter dem zulässigen Höchstwert laut FLL-Empfehlungen für Baumpflanzungen, Teil 2 (2010) von pH 8,5.

Krieter und Malkus (1995) untersuchten im Rahmen ihres Versuchs in 14 Städten insgesamt 1650 Substratproben auf den pH-Wert. 89 Prozent der Werte lagen zwischen pH 7,0 und 8,5. Diese Werte änderten sich im Versuchszeitraum von 1987 bis 1991/1992 kaum. Somit stimmen diese Ergebnisse mit den Ergebnissen des hier präsentierten Versuchs gut überein.

Die an den jeweiligen Standorten eingesetzten Substrate unterschieden sich wesentlich in Bezug auf die gemessenen Gehalte an den pflanzenverfügbaren Nährstoffen Phosphor, Kalium und Magnesium. Dies ist eine Folge der unterschiedlichen Zusammensetzung der Substrate: Bei dem Würzburger Substrat werden Zuschlagstoffe vulkanischen Ursprungs verwendet, entsprechend zeigte es eine hohe Kalium- und Magnesiumversorgung (Abb. 6–9). Das Substrat der Pflanzung 2010 in Hof wies im Vergleich die höchsten Phosphatgehalte auf (Abb. 10). Seit 2015 sind diese Phosphatgehalte allerdings auf dem Niveau der anderen Standorte. Möglicherweise ist die Ursache dafür eine unterschiedliche Kompostqualität in diesem Substrat, verursacht durch andere Ausgangsstoffe (kein reiner Grüngutkompost, sondern mit Beimischungen von Biokompost/Braune Tonne), die Ursache für diesen Verlauf der Phosphatgehalte. Porlith weist geogenbedingt auch hohe Phosphorgehalte auf und kommt damit auch als mögliche Phosphorquelle in Betracht. Die Phosphor-, Kalium- und Magnesiumgehalte der Pflanzungen aus 2015 entwickelten sich im Wesentlichen analog zum Verlauf der früher angelegten Pflanzungen. Ab 2016 weisen die Substratanalysen beider Pflanzungen über die Jahre nahezu unveränderte Hauptnährstoffgehalte an allen Standorten auf. Lediglich die Stickstoffgehalte zeigen jährliche Schwankungen (Abb. 12, 13), die auf Grund der witterungsbedingten Auswaschbarkeit im Boden und der Flüchtigkeit während des Transports (trotz Kühlung) mit einem gewissen Fehler behaftet sein dürften.

Auch nach mehreren Jahren blieben die Kalium- und Magnesiumgehalte des Würzburger Substrats deutlich höher als an den Vergleichsstandorten, wo sie sich ab dem dritten Untersuchungsjahr auf einem niedrigeren Niveau einpendelten. Interessanterweise zeigen die Nährstoffanalysen keinen messbaren Einfluss der 2013 erfolgten N-P-K Erhaltungsdüngung auf die pflanzenverfügbaren K2O-Werte in Kempten und Hof/Münchberg.

Legt man die von Averdieck (2006) erstellten Gehaltsklassen für die einzelnen Nährstoffe für Baumschulflächen zu Grunde, so liegen die Hauptnährstoffe Kalium und Magnesium (mit den oben genannten Ausnahmen, Abb. 6–9), aber auch Phosphor (s. Abb.10,11) in einem niedrigen Bereich. Die Einstufungen der Gehaltsklassen der Nährstoffe und Spurenelemente für Baumschulflächen (Averdieck 2006) sind im Wesentlichen den "Richtwerten für Düngung" der Landwirtschaftskammer Schleswig-Holstein entlehnt. Bäume sind jedoch keine Feldkulturen mit annuellem Nährstoffentzug, sondern Dauerkulturen mit endogener Nährstoffdynamik und ausgeprägtem Nährstoffspeichervermögen, so dass hier der periodische, pedogene Nachlieferungsbedarf für die einzelnen Nährstoffe insgesamt niedriger liegen dürfte. Darüber hinaus erfolgt die Nährstoffversorgung der Bäume über die gesamte Baumgrube mit einer Tiefe von 150 Zentimeter und nicht nur über 30 Zentimeter Oberboden wie bei landwirtschaftlichen Kulturen. Berücksichtigt man dementsprechend die Nährstoffressourcen in Kilogramm/Hektar bezogen auf 150 Zentimeter statt auf 30 Zentimeter Bodentiefe, ergibt sich eine gute bis sehr gute Nährstoffversorgung an allen Standorten (s. Abb. 18).

Krieter und Malkus (1995, S. 286) fanden bei Ihren Untersuchungen in den Substraten der Versuchsvarianten Kaliumgehalte von 5–10 Milligramm K pro 100 Gramm. Gemessen an den Werten der VDLUFA-Klassifikation (VDLUFA, 1999) entspricht das dem Versorgungsbereich C ("anzustreben") für sehr leichte Böden (5-8 mg K/100 g Boden). Für Straßenbäume wäre das ein sehr hoher bis besonders hoher Versorgungsgrad (Krieter und Malkus, 1995; S. 286). Allerdings wurde dem Substrat auf Anraten der beteiligten Gartenämter je Kubikmeter 2 Kilogramm des Vorratsdünger Triabon zugeschlagen. Das entspricht circa 12 Milligramm K pro 100 Gramm Bodensubstrat. Angesichts der Kaliumvorräte in den zur Mischung verwendeten Böden und Materialien ist diese Zugabe von Triabon als zu hoch beziehungsweise überdüngt zu bezeichnen. Die Kaliumgehalte nahmen im Versuchszeitraum von 1987 bis 1991 nur im ersten Jahr geringfügig ab und blieben dann weitgehend stabil. Ein ähnlicher Verlauf ist auch im Versuch bei beiden Pflanzungen zu beobachten.

Die hier im Versuch gemessenen Werte, insbesondere in Würzburg, liegen deutlich höher auf Grund der verwendeten Lava. Bis 2012 nimmt der Gehalt an den beiden anderen Standorten in der 2010er Pflanzung allerdings deutlich ab, bleibt in den Folgejahren stabil und entspricht dann den oben genannten Werten von Krieter und Malkus (1995). Die Kalium- und Magnesiumgehalte in den Substraten der 2015er Pflanzung pendelten sich nach einem Jahr auf einem ähnlichen Niveau ein.

Die Magnesiumgehalte wurden bei Krieter und Malkus (1995) nicht untersucht.

Im Versuch nehmen die P2O5-Gehalte in der 2010er Pflanzung in den ersten Jahren kontinuierlich ab, zeigen eine kurzeitige, geringfügige Wirkung der Erhaltungsdüngung im Jahr 2014, um dann weiter abzunehmen und sich ab 2015 im Bereich von 5–10 Milligramm pro 100 Gramm zu stabilisieren (Abb.10). Auf Grund der unterschiedlichen Zuschlagsstoffe pendelten sich die P-Werte bei der 2015er Pflanzung ähnlich wie bei den K- und Mg-Werten nach einem Jahr auf ähnlich niedrigem Niveau ein (Abb.11).

Die Konzentration von P2O5 im Versuchssubstrat bei Krieter und Malkus (1995) betrug zwischen 17 und 23 Milligramm pro 100 Gramm. Darin enthalten sind das durch die Düngung mit Triabon eingebrachte P2O5 in Höhe von 10 Milligramm pro 100 Gramm. Diese 10 Milligramm allein entsprechen schon der LUFA-Gehaltsklasse C (hoch). Angesichts der im Substrat vorhandenen Menge an pflanzenverfügbaren P2O5 sprechen die Autoren auch hier von einer Überdüngung. Sie konnten im Verlauf der fünfjährigen Versuchsdauer keine wesentliche Reduzierung des Phosphors beobachten. Das ist erstaunlich angesichts des pH-Werts über 7. Da wäre eine Ausfällung und Festlegung des pflanzenverfügbaren P2O5 in schwer lösliche Ca-Phosphate zu erwarten gewesen. Die Gründe dafür sind nicht klar und würden weitere Untersuchungen erfordern. Eventuell ist die Pflanzenverfügbarkeit des Triabon-Düngers länger als vom Hersteller angegeben.

Die hohen N-Ausgangswerte in Hof bei den Pflanzungen von 2010 und 2015 sind wahrscheinlich auf einen Biokompost-Anteil zurückzuführen (Abb. 12, 13). Der Anstieg in der ersten Pflanzung nach 2015 könnte auf die Düngung in den Jahren 2013 und 2014 zurückzuführen sein.

In den Versuchssubstraten von Krieter und Malkus (1995) lagen die Ausgangsgehalte von Nges im Bereich von 0,04–0,09 Prozent. Die Abbauverluste waren mit Werten von 0,02–0,03 Prozent ähnlich wie im eigenen Versuch.

Wie Krieter und Malkus schon1995 feststellten, existieren bis heute keine Richtwerte über die Nährstoffversorgung von Pflanzböden des städtischen Grüns. Das ist wahrscheinlich der Hintergrund dafür, dass weder in den FLL-Empfehlungen für Baumpflanzung, Teil 2 (2010) noch in der ZTV-Vegtra-Mü (2016) oder RAL (2018) Ober- oder Untergrenzen für die Nährstoffgehalte gefordert werden. Die Nährstoffgehalte der Substrate sind lediglich zu deklarieren. Krieter und Malkus (1995) greifen bei der Bewertung ihrer Messergebnisse bei der Kali- und Phosphorversorgung der Substrate wie Averdieck (2006) bei den Düngeempfehlungen an Baumschulstandorten auf die LUFA-Klassifikation zurück. Da der Nährstoffbedarf der Nutzpflanzen höher ist als der von Stadtbäumen, sind Krieter und Malkus (1995, S. 286) der Auffassung, dass ein lt. LUFA-Klassifikation niedriger Nährstoffgehalt in Bezug auf die Ansprüche der Bäume eher einer mittleren oder hohen Versorgung entspricht.

Ein gutes Maß für den Humusgehalt und seinen organischen Komponenten sind die Corg-Gehalte. Sie lagen bei allen Standorten im Bereich um 1 Prozent. Eine Tendenz zur Abnahme der C-Gehalte über die Jahre hinweg ist bei den Werten der Pflanzung von 2010 nicht erkennbar (Abb. 14). Bei der Nachpflanzung von 2015 nehmen die Werte bisher hingegen ab (Abb. 15).

Insofern könnte dies ein Hinweis darauf sein, dass die den Substraten zugesetzten organischen Komponenten sich bisher im Wesentlichen stabil gegen Verwitterung verhalten haben. Da der Anteil an organischer Substanz in den Substraten von Beginn an relativ niedrig lag (Tab. 1), ist es aber auch möglich, dass eventuell stattfindende Mineralisierungsprozesse auf diesem niedrigen Gehaltsniveau durch andere Einträge im Bereich der Baumscheibe, zum Beispiel über Niederschlagswasser oder Bewuchs auf den Baumscheiben ausgeglichen werden. Eine Setzung der Substrate in den Baumgruben wurde nicht beobachtet.

In den Versuchssubstraten von Krieter und Malkus (1995) betrug der Gehalt an organischer Substanz 1–2 Masse-Prozent, der aus der Vornutzung der Böden stammte. Die Verluste durch Mineralisation in den ersten vier Jahren nach der Pflanzung betrugen 0–10 Prozent. In den Praxisvarianten der beteiligten Gartenämter, die ihre Substratmischungen mit organischen Zuschlägen angereichert hatten, lag der Gehalt bei 2–15 Masse-Prozent. Die Abbauraten waren hier umso stärker, je höher der Gehalt an organischer Substanz war. Sie schwankten zwischen 15 und mehr als 50 Prozent innerhalb der vier Jahre. Je höher die Abbaurate ist, desto höher ist auch die Stickstofffreisetzung, und es kommt gegebenenfalls zu einer Nitrat-Überversorgung, später hingegen zu einem starken reduzierten Angebot. Da dieser Abbau zu einer Verschlechterung der Bodenstrukturstabilität und nachfolgender Verdichtung führt, lehnen Krieter und Malkus wie auch Roth-Kleyer (2014) die Anreicherung von Substraten mit leicht zersetzbaren organischen Stoffen ab.

Die Kationenaustauschkapazität (KAK) als Maß für die Fähigkeit der Substrate Pflanzennährstoffe zu speichern, hat im Betrachtungszeitraum nicht wesentlich abgenommen. Mit Werten zwischen 40 und 100 Millimolc pro Kilogramm hinsichtlich der KAK sind die verwendeten Substrate vergleichbar mit humusarmen Sandstandorten. Demzufolge ist die Nährstoffspeicherfähigkeit der verwendeten Substrate niedrig, aber gleichzeitig in einem Bereich, in dem natürliche Böden auch liegen können. Das im Substrat vorliegende Sorptionsvermögen wurde während der bisherigen Laufzeit im Wesentlichen nicht reduziert. Interessanterweise ist die KAK nicht nur auf die Feinfraktion (<2 mm) der Substrate beschränkt, wie zu erwarten wäre. Auch die Grobkornanteile mit Korndurchmesser > 2 mm bestehen nicht nur aus inertem Gestein, sondern sind mit für die Nährstoffverfügbarkeit verantwortlich. Fraktionierte laborchemische Untersuchungen der Substrate im Jahr 2014 ergaben, dass die KAK in Würzburg zu 32 Prozent, in Kempten zu 21 Prozent und in Hof zu 10 Prozent auf die Grobkornanteile entfielen (Klemisch 2017).

In dem Versuch von Krieter und Malkus (1995) lagen die mittleren Werte für die effektive Kationenaustauschkapazität (KAKeff) im Versuchssubstrat in den Jahren 1988 bis 1991 zwischen 6,4 und 7,3 Milliäquivalente pro 100 Gramm Boden[PS1] und somit in der gleichen Größenordnung, wie die im Projekt gefundenen Werte.

3.2. Extrapolation der gemessenen Nährstoffkonzentrationen auf Ebene der gesamten Baumgrube

Durch die repräsentative Probenahme der Art und Verteilung des Substrates in den Baumgruben ist eine Betrachtung der extrapolierten Nährstoffmengen pro Baum gerechtfertigt. Bei den 2010 gepflanzten Versuchsbäumen kann mit Sicherheit davon ausgegangen werden, dass sie mittlerweile das Substrat der Pflanzgrube intensiv durchwurzelt haben, an den Rändern der Pflanzgrube angekommen sind und bereits in den angrenzenden anstehenden lehmhaltigen Boden ausgewurzelt sind (s. Abb. 19). Die im Jahr 2015 gepflanzten Bäume sind dagegen wahrscheinlich bis 2019 nur wenig aus der Baumgrube ausgewurzelt, so dass sich die in Abb.18 gezeigte Gesamtmenge der zur Verfügung stehenden Nährstoffe im Wesentlichen auf die verwendeten FLL-Substrate bezieht. Betrachtet man die im Substratkörper vorhandene Gesamtmenge an verfügbaren Nährstoffen je Baum, gab es bezüglich des Standorts und der betrachteten Nährstoffe deutliche Unterschiede. So standen einem Baum in Würzburg im Jahr 2019 im Durchschnitt 531 Gramm Phosphat, 2651 Gramm Kalium und 1077 Gramm Magnesium zur Verfügung (8). In Hof war die pro Baum verfügbare Phosphatmenge fast 30 Prozent höher als in Würzburg, während der Kalium-Gehalt nur etwa 1/3 der Menge und der Magnesium-Gehalt nur etwa 2/3 der Menge in Würzburg betrug.

Setzt man die empfohlenen, jährlichen Düngermengen verschiedener Hersteller als repräsentativ für den jährlichen Nährstoffbedarf, so zeigt sich trotz der Unterschiede an den drei Standorten, dass die im Substrat verfügbaren Mengen an P, K und Mg deutlich über dem über Dünger zugeführten Nährstoffmengen liegen (Tab. 5/Abb.18). Insofern wird deutlich, dass die Baumsubstrate auch nach mehrjähriger Nutzung durchaus in der Lage sind, die benötigten Nährstoffmengen bereitzustellen.

Unter der Annahme einer jährlichen Mineralisationsrate von 2 Prozent des gesamten im Substrat vorhandenen Stickstoffs wären in Abhängigkeit von den Standorten 132 bis 170 Gramm je 8 Kubikmeter-Pflanzgrube verfügbar. Der Vergleich zu den von verschiedenen Düngerherstellern empfohlenen N-Düngermengen (Mittelwert 235 g pro Baum und Jahr) ergibt hier eine mögliche Unterdeckung des N-Bedarfs für den Baum. Allerdings muss berücksichtigt werden, dass die Versuchsbäume nach mehrjähriger Standzeit zumindest an einigen Standorten aus der Pflanzgrube in den anstehenden Boden ausgewurzelt sind und sich somit zusätzliche Nährstoffquellen erschließen konnten. Einzelne Bäume, die durch Verkehrsunfälle verloren gegangen sind, und deren Wurzeln frei gegraben wurden, zeigten eine weitläufige Auswurzelung aus den Baumgruben (s. Abb. 19). Gleichzeitig ist davon auszugehen, dass neben der Mineralisation von organisch gebundenem Stickstoff im Wurzelraum auch atmosphärischer NOx-Eintrag als N-Quelle für die Baumernährung anzurechnen ist (Zhang et al. 2021).

Balder und Niemann (2018) haben sich ausführlich mit der Verbesserung von Straßenbaumstandorten, vor allem der Düngung auseinandergesetzt. Das ist laut der Autorinnen und Autoren dann unerlässlich, wenn die Bäume in undefinierte Böden gepflanzt werden, die Baumgrube zu klein ist, kaum Möglichkeiten zur Auswurzelung bestehen und noch Bodenverdichtung und Schadstoffbelastungen dazu kommen. Der hohe pH-Wert der Fertigsubstrate erschwert oft genug die Nährstoffaufnahme und entspricht nicht immer den Ansprüchen der Baumart. In diesen Fällen ist eine laufende Überwachung der Nährstoffgehalte sowie eine angepasste Düngung sinnvoll. In Bezug auf die anzustrebenden Nährstoffgehalte geben die Autoren für die Bodenart "Sand bis lehmiger Sand" in Tabelle 1 folgende Werte an [mg/100 g Boden]: Phosphat (P2O5) 8–15; Kali (K2O) 8–20 und Magnesium (MgO) 5–12. Diese Werte entsprechen der Versorgungsstufe C der VDLUFA. Legt man diese Werte zugrunde, wären die Bäume der Pflanzung 2010 bei Phosphat in Würzburg und Kempten sowie Kali und Magnesium in Kempten sowie Hof/Münchberg unterversorgt. Bei der Pflanzung 2015 lägen in Bezug auf das Phosphat alle Standorte im Bereich der Empfehlung. In Kempten läge der Kaligehalt zu niedrig und der Magnesiumgehalt wäre in Kempten an der unteren Grenze.

Die folgenden Untersuchungen der Blattspiegelwerte zeigen jedoch, dass die Bäume trotz vermeintlich zu niedriger Nährstoffwerte in den Substraten gut mit Nährstoffen versorgt sind, und somit eine Versorgungsstufe B nach VDLUFA offenbar völlig ausreichend ist.

3.3 Bewertung der Nährstoffversorgung der Bäume aufgrund der vorliegenden Blattspiegelwerte

Da eine allgemeine Bewertungsgrundlage für die genannten Nährstoffgehalte in Baumsubstraten fehlt, ist eine Ableitung des Versorgungszustands der Bäume allein aufgrund der vorgefundenen Nährstoffgehalte im Substrat nicht möglich.

Wichtig ist daher die zusätzliche Erhebung von Blattspiegelwerten – also der Nährstoffkonzentrationen im Blatt – bei der Frage nach dem ausreichenden Ernährungszustand von Straßenbäumen. Daher wurden bei einer Auswahl von Baumarten des Versuchs über mehrere Jahre Blattproben parallel zu den Substratprobenahmen jeweils im August gezogen, dargestellt anhand zwei unterschiedlicher Untersuchungsjahre der 2010 gepflanzten Baumarten (Tab. 6 und 7).

Die Tabellen enthalten die Messwerte für die Blattnährstoffgehalte, differenziert nach Jahr, Standort und Baumart. Zur Interpretation der Messwerte in Bezug auf die Ernährungssituation der Bäume wurde über die Daten ein Bewertungsschema nach van den Burg (1985 bzw. 1990) gelegt. Diese Bewertungsgrundlage resultiert aus umfangreichen Literaturarbeiten zur Einordnung des Ernährungszustands von Bäumen anhand von Blattnährstoffgehalten.

Zieht man die Blattanalysen der Versuchsbäume mit in Betracht, so zeigt sich, dass trotz der vermeintlich niedrigen Stickstoff-, Phosphor-, Kalium- und Magnesiumwerte in den Substraten in Kempten beziehungsweise Hof die Analysewerte über den gesamten Untersuchungszeitraum (dargestellt für 2015 und 2018, Tabelle 6, Tabelle 7) mit wenigen Ausnahmen im "grünen" beziehungsweise hohen Bereich liegen. Die Blattanalysen belegen des Weiteren, dass die Bäume an allen Standorten einen guten Versorgungsgrad mit den Mikronährstoffen Eisen und Bor aufweisen, während die Manganwerte im niedrigen Bereich liegen. Dies dürfte auf die hohen pH-Werte der Substrate und damit erschwerte Aufnahme des Mikronährstoffs zurückzuführen sein. Es traten an den Blättern aber keine Mangelerscheinungen wie Chlorosen oder Kleinwüchsigkeit auf. Die Ergebnisse der Blattanalysen der Erweiterungsbaumarten zeigen sehr ähnliche Ergebnisse und geben ebenfalls keine Hinweise auf Nährstoffmängel.

Die Messwerte zeigen vereinzelt Besonderheiten der Nährstoffaufnahme einzelner Baumarten. Ginkgo biloba zeigte über alle Standorte und Jahre hinweg die höchsten Phosphorgehalte aller betrachteten Baumarten. Darüber hinaus waren die Eisengehalte in den Blättern von Ostrya carpinifolia durchwegs deutlich erhöht im Vergleich zu den anderen Baumarten. Das könnte auf eine erhöhte NOx-Aufnahme über die Luft hinweisen, wobei NOx durch eisenhaltige Phytoglobine teilweise in NO3 umgewandelt und als Dünger genutzt wird (Zhang et al. 2021). Atmosphärische Stickstoffeinträge ebenso wie Hundeurin und -kot sowie organische Abfälle können insgesamt zur Stickstoffernährung der Bäume beitragen (Kuruthukulangarakoola et al. 2017), denn aufgrund der doch recht niedrigen Stickstoffgehalte im Substrat und der allgemein bewusst guten Drainfähigkeit der Substrate sind die weithin normalen Stickstoffgehalte in den Blättern erstaunlich. Unter Umständen reichte eine intensive Durchwurzelung und Auswurzelung der Bäume aus der Pflanzgrube zur Stickstoffversorgung aus dem Boden aus. Auch Einträge über Regenwasser in einem Tastversuch ergaben recht hohe Werte von bis zu über 20 Kilogramm pro Hektar pro Jahr bei einer geringen Jahresniederschlagsmenge von zum Beispiel 434 Millimeter in Würzburg (Abb. 20, J. V. Herrmann, unveröffentlicht).

Diese Überlegungen sowie die Ergebnisse der Blattanalysen werden durch visuelle Kontrollen während der Bonituren bestätigt (Böll 2022), bei denen in den Versuchsjahren keinerlei Chlorosen an den Blättern der Versuchsbäume festgestellt wurden. Auch die Zuwachsraten sprechen gegen Nährstoffmängel.

4. Fazit für die Praxis

• Diese Untersuchungen sind die ersten ihrer Art, um die Nährstoffsituation von den in der Praxis zunehmend verwendeten FLL-Substraten für nicht überbaubare Substrate zu beleuchten. In der Gesamtschau deuten die Untersuchungen darauf hin, dass der Versorgungsgrad mit Nährstoffen in den verwendeten Baumsubstraten, je nach Zusammensetzung, im Allgemeinen ausreichend bis sehr gut ist. Das bedeutet für die Gartenämter, dass der Einsatz von FLL-Substraten an den meisten Straßenbaumstandorten die Wasser- und Sauerstoffkapazität und damit die schnelle Durchwurzelung erhöht, ohne Langzeitkosten durch Düngemaßnahmen zu generieren, wenn die Bäume nach der Durchwurzelung der Baumgrube in den anstehenden Boden auswurzeln können.
• Bei der breiten Palette von Substratausgangsstoffen ist es keine Überraschung, dass die Nährstoffgehalte von physikalisch sehr ähnlichen FLL-Substraten sehr unterschiedlich sein können. Somit sollte man sich unbedingt vor (!) der Substratlieferung vom Hersteller ein aktuelles Prüfzeugnis mit der Angabe zu den Nährstoffgehalten vorlegen lassen. Zur Sicherheit ist eine Probennahme zur Analyse des aktuellen Nährstoffgehalts bei Lieferung zu empfehlen, ebenso wie eine Rückstellprobe.
• In der dargestellten Langzeituntersuchung nahmen die pflanzenverfügbaren Nährstoffgehalte im Versuchsverlauf über alle Standorte hinweg deutlich ab und pendelten sich auf einem niedrigeren Niveau ein. Blattanalysen und Zuwachsraten zeigen, dass die Bäume nach wie vor gut ernährt und wüchsig sind. Die Gründe dafür könnten einerseits eine verbesserte Nährstoffaufnahme und effektivere Nährstoffnutzung sein, wie in den Untersuchungen von Boerner (1984) bei niedriger Nährstoffverfügbarkeit beschrieben, in Kombination mit einer intensiven Durchwurzelung der Baumgrube. Andererseits haben die Bäume, die seit 2010 in Grünstreifen stehen, wahrscheinlich schon seit Jahren die ursprünglichen Baumgruben (8 m³) verlassen und sich im umgebenden Boden neuen Wurzelraum und damit Nährstoffvorräte erschlossen (Abb. 19). Die Böden außerhalb der ursprünglichen Baumgruben sind lehmhaltig, aber nicht untersucht worden. Baumsubstrate sollen laut FLL-Empfehlungen (2010) nicht aufgedüngt werden und nährstoffarm hergestellt werden (Roth-Kleyer, 2014, S. 9). Die hier vorgestellten Daten zeigen jedoch, dass die aus überwiegend mineralischen Materialien hergestellten Substrate keineswegs nährstoffarm sind, sondern teilweise erhebliche Nährstoffmengen aufweisen. Lediglich die Corg-Gehalte lagen überall niedrig. Die "Empfehlungen für Baumpflanzungen Teil 1" der FLL (2015) sehen eine Startdüngung mit Mehrnährstoffdüngern vor, deren Kaligehalt mindestens dem Stickstoffgehalt entsprechen soll. Angesichts der hier festgestellten Nährstoffgehalte sind die von der FLL empfohlene Startdüngung, aber auch folgende Düngergaben im Rahmen der Fertigstellungs- und Entwicklungspflege zu überdenken. Entsprechende Düngungen beeinträchtigen zudem eine schnelle und gute Durchwurzelung des Wurzelraums. Anstelle einer Düngung "auf Verdacht" ist es besser, die Bäume in Bezug auf die Blattfärbung und Zuwachs zu beobachten und ggf. eine Nährstoffanalyse durchzuführen. Sollte sich dabei herausstellen, dass bei einzelnen Nährstoffen eine Mangelsituation vorliegt, kann gezielt nachgedüngt werden.
• Die Ergebnisse zeigen im Einklang mit der Auffassung von Krieter und Malkus (1995), dass ein laut LUFA-Klassifikation niedriger Nährstoffgehalt im Substrat eher einer mittleren oder hohen Versorgung von Stadtbäumen entspricht. Demzufolge ist die VDLUFA Versorgungsstufe C für Stadt- und Straßenbäume eher zu hoch angesetzt und Versorgungsstufe B ausreichend.

Literatur

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