Untersuchung zur Durchwurzelbarkeit von Geh- und Radwegen

Können unterschiedliche Baustoffe und Bauweisen ein Einwurzeln von Bäumen in die benachbarten Oberbauschichten von Geh- und Radwegen vermindern? Mit dieser Frage beschäftigt sich das Forschungsprojekt "Wegebau an Baumstandorten - Bauweisen zur Minimierung von Schäden durch Baumwurzeln im Wegebereich" an der Hochschule Osnabrück.

Wenn Baumwurzeln in den Oberbau von Geh- und Radwegen einwachsen, kann der Wegebelag durch das sich anschließende Dickenwachstum der Wurzeln angehoben werden. So entstehen sowohl bei ungebundenen als auch bei gebundenen Bauweisen Kanten und Wölbungen an der Pflasteroberfläche, die für die Nutzer zum Stolpern beziehungsweise Fallen führen können (Kopinga 1992, Reichwein 2002). Neben diesen funktionellen sowie ästhetischen Beeinträchtigungen stehen die Verkehrssicherungspflicht der Kommunen und die damit verbundenen hohen Kosten zur Instandsetzung der Wege. Zudem kommt es bezüglich des Baumes durch notwendige Reparaturarbeiten in den Wegen zur Schädigung der Baumwurzeln und somit gegebenenfalls zur Beeinträchtigung der Baumvitalität und zur Verkürzung der Lebensdauer.

Beeinträchtigungen durch Baumwurzeln

Der Konflikt zwischen Baumwurzeln und Wegebelägen wurde international erforscht. So liegen allgemeine Erkenntnisse zum Wurzelwachstum von Bäumen sowie Ergebnisse zu Belagsanhebungen durch Baumwurzeln vor. Eine umfassende, internationale Übersicht zu schadenreduzierenden Maßnahmen bieten Costello u. Jones (2003). In dieses Kompendium flossen auch die Untersuchungsergebnisse von Reichwein (2002) ein. Reichwein (2002) lieferte im deutschsprachigen Raum eine erste systematische wissenschaftliche Untersuchung, bei der eine quantitative Datengrundlage durch die Kartierung von Straßenbäumen innerhalb von Verkehrsflächen im Stadtgebiet von Hannover gewonnen wurde. Die Anzahl und das Ausmaß der Schäden an Wegedecken und Randeinfassungen wurden dabei nach verschiedenen Kriterien untersucht. Costello u. Jones (2003) unterscheiden zusammenfassend folgende Lösungsansätze:

• solche, die den Baum betreffen,
• solche, die den Wurzelraum betrachten und
• Ansätze, die sich auf den Wegebau beziehen.

Zudem wird unterschieden nach vorbeugenden Maßnahmen sowie Maßnahmen zur Schadensanierung.

Deutlich wird dabei, dass bei der Schadenverminderung beziehungsweise -vermeidung unterschiedliche Einflussfaktoren bedacht werden müssen. Diese Einflussfaktoren beziehen sich zum einen auf die Vegetationstechnik.

Das heißt: Wurde der "richtige" Baum für den Standort gewählt? Ist das Wurzelraumvolumen ausreichend? Welches Substrat ist für die Baumpflanzung geeignet? Auf diese Fragen gibt es schon ausreichende Antworten zum Beispiel in Form der von der FLL herausgegebenen "Empfehlungen für Baumpflanzungen, Teil 2" oder der GALK-Straßenbaumliste.

Allerdings reicht die Ausbildung eines ausreichenden Wurzelraumes alleine nicht aus, um das Einwurzeln unter die Pflasterdecke zu verhindern (vgl. Reichwein 2002). Zum anderen müssen auch bautechnische Fragen bezüglich des Wegebaus geklärt werden. In den bestehenden Regelwerken der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV) werden für Geh- und Radwege bautechnische Anforderungen an die Baustoffe sowie Bauweisen aufgezeigt. Die Problematik des Einwurzelns von nahstehenden Bäumen in die Schichten des Wegebaus spielt dort jedoch keine Rolle. Aussagen zu bodenphysikalischen und bodenchemischen Anforderungen an die Baustoffe des Geh- und Radwegebaus, welche ein Einwurzeln verhindern können, werden nicht genannt.

Das vom europäischen Fond für regionale Entwicklung (EFRE) geförderte Forschungsprojekt (vgl. Abb. 2) an der Hochschule Osnabrück beschäftigt sich hinsichtlich der Lösungsansätze mit dieser bautechnischen Seite und untersucht, ob unterschiedliche Wegebaustoffe und Wegebauweisen das Einwurzeln eindämmen können. Unterstützt wurde das Projekt durch die Kooperationspartner: GaLaBau Emsland GmbH & Co. KG, tubag Trass Vertrieb GmbH & Co. KG, Tegra Baustoffe GmbH, Rekers Betonwerk GmbH & Co. KG sowie Bruns Pflanzen-Export GmbH & Co. KG.

Lösungsansätze zur Minimierung des Einwurzelns

Mit dem Ziel, das Einwurzeln in die Wegebauschichten zu minimieren, wurden unterschiedliche Lösungsansätze bezüglich der Wegebautechnik untersucht. Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden insgesamt neun Varianten entwickelt und mit Hilfe einer Versuchsreihe auf ihre Durchwurzelbarkeit hin überprüft. Die Varianten unterscheiden sich in der Art der Bettungsstoffe, in der Verwendung unterschiedlich geformter Pflastersteine sowie in der Einbauweise der Wegebauschichten. Berücksichtigt wurden mit diesen Ansätzen bodenphysikalische und bodenchemische Eigenschaften sowie die Ausbildung der Grenzzonen zwischen den Wegebauschichten.

Praxisnahe Untersuchungen im Feldversuch

Zu Beginn des Projektes stand die Entwicklung der Varianten auf Grundlage bisheriger Untersuchungen (u. a. Polomski u. Kuhn 1998, Reichwein 2002, Stützel et al. 2009) sowie die Anordnung der Varianten auf der Versuchsfläche.

Bei den Bauweisen wurden die folgenden Ansätze berücksichtigt:

• Verwendung unterschiedlicher Bettungsstoffe für die ungebundene Bauweise,
• berücksichtigte Faktoren: lösliches Calcium, Korngrößenverteilung (weit- und enggestuft), Wasserhaltefähigkeit),
• Auflösung von Grenzschichten zwischen den Wegebauschichten,
• Verwendung von gebundenen Bettungs- und Fugenstoffen.

Die Varianten 7 und 8 (gebundene Bauweisen mit unterschiedlichen Bettungsmörteln) wurden in ihrer Versuchszeit verlängert. Hier erfolgte nach einer Vegetationsperiode lediglich eine Probeöffnung.

Die 15 cm dicke Tragschicht der gesamten Versuchsfläche bestand aus Piesberger Karbon-Quarzit 0/32. Der verwendete Pflasterstein war ein Betonrechteckstein mit den Maßen 20 x 10,5 x 8 cm. Für die Variante 3 wurde ein Betonrechteckstein mit einer gezackten Unterseite hergestellt.

Im April 2011 folgte der Bau der neun Varianten auf der Freilandversuchsfläche, die sich beidseitig entlang einer Baumreihe aus 19 Ulmen erstrecken (vgl. Abb. 3). Die Ulmenreihe ist Bestandteil einer Baumschulfläche in Bad Zwischenahn. Für das Anlegen der Versuchsreihe wurde im Bestand eine Endreihe gewählt. Der Stammumfang zum Zeitpunkt des Versuchsflächenbaus in 1 m Höhe betrug im Mittel 61 cm. Die Ulmen hatten zu Versuchsbeginn eine Wuchshöhe von ungefähr 10 m.

Auf der Versuchsanlage ist jede Variante außer der Variante 0 in vierfacher Wiederholung angelegt (vgl. Abb. 4). Die Variante 0 wurde insgesamt sechsmal aufgebaut, um die Möglichkeit von Probeöffnungen sicher zu stellen. Die Varianten sind in der ersten Wiederholung (Südseite, Bäume 1-9) in der Reihenfolge angelegt. In den Wiederholungen 2-4 erfolgte eine randomisierte Anordnung.

Die Öffnung der Pflasterflächen mit der Erfassung der Wurzelmasse, welche in den Bettungsstoffen der ungebundenen Bauweisen eingewachsen ist, erfolgte im November 2012; also nach zwei Vegetationsperioden (vgl. Abb. 5). Dabei wurde jeweils eine Hälfte der Fläche je Variante geöffnet, um bei der zweiten Hälfte die Versuchslaufzeit zu verlängern und später eine Langzeitbetrachtung vorzunehmen. Für die Auswertung des Versuches wurde die Wurzelmasse (in Gramm), welche während der Versuchslaufzeit in die Wegebauschichten eingewachsen ist, als Bewertungskriterium herangezogen. Hierfür wurde nach der Öffnung der Pflasterdecke die Wurzelmasse durch Siebung der Bettungsmaterialien "geerntet". Die aus den unterschiedlichen Bettungsmaterialien der sechs ungebundenen Varianten abgesammelten Wurzeln wurden nach einer gründlichen Waschung gewogen. Im Anschluss erfolgte die Trocknung der Wurzeln in einem Trockenschrank bis zu einer Gewichtskonstanz. Die Auswertung der Wurzelmassen aus den ungebundenen Bettungsstoffen erfolgte mit den Computerprogrammen Excel sowie SPSS.

Wurzelwachstum im Oberbau der Wegebeläge

In Abbildung 6 sind die erfassten Wurzelmassen aus den ungebundenen Varianten als Frisch- und Trockenmassen dargestellt.

Mit insgesamt 1912,5 g weist die Variante 2 (Bettungsstoff: Hydrophober Sand) die größte Frischmassensumme auf. Die geringste Frischmassensumme wurde bei Variante 3 (Bettungsstoff: Hart-Kalkstein 0/5; Verzahnung Pflasterdecke mit Bettungsschicht) mit 271,8 g ermittelt.

Als statistische Analysemethode wurde der sogenannte Friedman-Test als nichtparametrisches Verfahren angewendet. Die Auswertung der in den Bettungsstoffen befindlichen Wurzelmasse mit Hilfe dieses Tests zeigt, dass es keinen signifikanten Unterschied zwischen den einzelnen Varianten gibt. Darauf deutet auch die Darstellung der Mediane (Balken innerhalb der "Box") im Box-Plot (vgl. Abb. 7) hin. Ebenso wird in Abbildung 7 deutlich, dass eine weite Streuung der Wurzelmassen innerhalb der Varianten bei den jeweils vier Wiederholungen vorzufinden ist.

Obwohl der Friedman-Test aussagt, dass es keinen signifikanten Unterschied zwischen den Varianten gibt, zeigt die Darstellung der Wurzelfrischmassen aus den verschiedenen Varianten, dass die Variante 2, bei der als Bettungsstoff ein hydrophober Sand verwendet worden ist, bedeutend von den anderen Varianten abweicht.

Bezüglich der Variante 2 konnte bei der Öffnung der Versuchsflächen des Weiteren festgestellt werden, dass die Wurzeln eine andere Struktur aufweisen. Die Wurzeln, welche in den hydrophoben Sand eingewachsen sind, waren dicker ausgebildet als in den anderen Materialien. Zudem waren die Wurzelspitzen deutlich weißer und dicker entwickelt (vgl. Abb. 8).

Bei der Trocknung der Wurzeln war der Massenverlust bei der Variante 2 dann auch größer als bei den anderen Varianten. Im Durchschnitt beträgt das Trockengewicht 25 Prozent der Frischmasse; das heißt der Massenverlust liegt bei rund 75 Prozent. Bei der Variante 2 lag der Massenverlust durch die Trocknung im Durchschnitt bei 82 Prozent.

Nach einer weiteren statistischen Analyse (Regressionsanalyse) zeigt sich, dass verschiedene untersuchte Faktoren einen Einfluss auf die Durchwurzelung der Bettungsstoffe haben. Zu diesen Faktoren gehören das lösliche Calcium (Ca2+) sowie die elektrische Leitfähigkeit (zeigt den Salzgehalt) als auch die Art der Körnung der Bettungsstoffe. Der pH-Wert der Bettungsstoffe sowie die Verzahnung der Schichten üben laut der Auswertung keinen Einfluss auf die Durchwurzelung aus. Jedoch muss die Regressionsanalyse mit Vorsicht interpretiert werden, da die statistischen Voraussetzungen zur Durchführung einer Regressionsanalyse nicht gegeben waren (d. h. es lag keine Normalverteilung der Residuen vor). Zudem ist anzumerken, dass unter Nichtberücksichtigung von Variante 2 (Bettungsstoff: Hydrophober Sand) in der Regressionsanalyse gar kein Einfluss der verschiedenen untersuchten Faktoren festgestellt wird.

Gebundene Bauweise als Lösungsmöglichkeit?

Bei der Betrachtung der Wurzelmassensummen in Abbildung 6 könnte man meinen, dass die Verwendung von Hydrophoben Sand als Bettungsstoff (Variante 2) zu mehr Einwurzelung führt und dass bei einer Pflasterung mit einem Betonstein, welcher eine gezackte Unterseite aufweist und so mit der Bettung verzahnt ist (Variante 3), die Einwurzelung vermindert werden kann. Die statistischen Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass keine der ungebundenen Varianten dazu führt, ein Einwurzeln in den Oberbau der angrenzenden Wege zu verhindern. Im Vergleich zur Nullvariante, welche als übliche Bauweise angenommen wurde, konnte statistisch gesehen also kein Unterschied in der Durchwurzelbarkeit festgestellt werden. Die Baumwurzeln wachsen somit ungehindert in den Oberbau der Geh- und Radwege hinein.

In weiteren Versuchen sollte untersucht werden, wie andere Baumgattungen bei den unterschiedlichen Baustoffen reagieren würden, da sich die Untersuchungen lediglich auf die Ulme beziehen. Ebenso besteht weiterer Forschungsbedarf hinsichtlich des Hydrophoben Sands, der sich als eher "wurzelfreundlich" erwiesen hat.

Als Lösung der Zukunft gegen ein Einwurzeln könnte sich die gebundene Bauweise herauskristallisieren. Hier hat eine Probeöffnung gezeigt, dass nach einer Vegetationsperiode keine Wurzeln in den Bettungsmörtel eingedrungen sind. Es könnte angenommen werden, dass eine Durchwurzelung in den Versuchsflächen nicht oder zumindest zeitlich stark verzögert stattfindet. Für neue Baumstandorte, welche an Geh- und Radwegen oder an sonstigen gering belasteten Verkehrsflächen liegen, sollte deshalb untersucht werden, ob eine gebundene Bauweise für die jeweilige Verkehrsfläche in Betracht kommt, um Schäden durch Einwurzelung an der Pflasteroberfläche zu vermindern. Es ist vorgesehen, das Forschungsfeld zukünftig weiterhin vertiefend in die wissenschaftliche Arbeit der Hochschule Osnabrück einzubinden. Hier soll die Minderung des Wurzelwachstums in die Wegebauschichten weiter untersucht werden.

Hintergründe zum Forschungsprojekt sind unter folgendem Link zu finden:
www.al.hs-osnabrueck.de/wegebau-an-baumstandorten.html
[Stand: 18.08.2013].

Literatur

Costello, L. u. K. S. Jones (2003): Reducing Infrastructure Damage by Tree Roots: A Compendium of Strategies. Western Chapter of the International Society of Arboriculture (WSISA) 235 Hollow Oak Drive, Cohasset, CA 95973, USA.

FLL (Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau e. V.) (Hrsg.) (2010): Empfehlungen für Baumpflanzungen, Teil 2: Standortvorbereitungen für Neupflanzungen; Pflanzgruben und Wurzelraumerweiterung, Bauweisen und Substrate. Bonn

GALK (Ständige Konferenz der Gartenamtsleiter beim Deutschen Städtetag) (2012): GALK-Straßenbaumliste. www.galk.de/arbeitskreise/ak_stadtbaeume/akstb_strbaumliste12.htm [Stand: 17.08.2013]

Kopinga, J. (1992): Die Entwicklung von Baumwurzeln unter Straßenbelägen und einige praktische Methoden um Schaden vorzubeugen. In: 11. Osnabrücker Baumpflegetage: 22. bis 24. September 1992. Osnabrück. 10.1-10.23.

Polomski, J. u. N. Kuhn (1998): Wurzelsysteme. Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (Hrsg.). Bern, Stuttgart, Berlin

Reichwein, S. (2002): Baumwurzeln unter Verkehrsflächen. Untersuchungen zu Schäden an Verkehrsflächen durch Baumwurzeln und Ansätze zur Schadensbehebung und Schadensvermeidung. Hrsg.: Institut für Landschaftsarchitektur und Umweltentwicklung der Universität Hannover. Hannover

Stützel, T., C. Bennerscheidt u. M. Streckenbach (2009): Unterschiedliche Arten und Ursachen von Schäden durch Gehölzwurzeln an Verkehrswegen; In: Dujesiefken, Dirk (Hrsg.): Jahrbuch der Baumpflege 2009. Augsburg. 33-40.