Klimatologisch relevante pflanzenphysiologische Parameter - am Beispiel des (Berliner) Stadtbaumes der Gattung Ahorn (Acer) in Bezug auf Trockenstress

Abbildung 1: Zustandsentwicklung des Baumes der Gattung Ahorn (Acer) der Jahre 2005-2015, eigene Darstellung

Tabelle 1: Straßenbaum-Vitalitätsstufen (SenStadt 2016, 3)

„Nichts ist heiliger, nichts ist vorbildlicher als ein schöner starker Baum“, schrieb Hermann Hesse 1920 (in Demandt 2014). \\
Damals wie heute prägen Bäume an Straßen, aber auch in Parkanlagen das Stadtbild von Berlin und wirken sich positiv auf das städtische Klima durch Schattenbildung, Sauerstoffproduktion und Staubbindung aus. Durch diese Funktion haben Stadtbäume einen erheblichen Anteil am menschlichen Wohlbefinden in Berlin (SenStadt 2017).

Die Vielfalt von Schäden an Straßenbäumen im urbanen Raum ist auf den anthropogenen Einfluss zurückzuführen. Die Schadensursache an Bäumen in Berlin ist seit Beginn der siebziger Jahren auf den erhöhten Eintrag von Tausalz zurückzuführen (SenStadt 2016: 2). Ein weiterer Aspekt, welcher Auswirkungen auf Straßenbäume hat, ist die Entwicklung des Stadtklimas. Große Ballungsräume sind gekennzeichnet durch ansteigende Temperaturen und ein verringertes Wasserdargebot, was besonders in den Sommermonaten für die bestehende Vegetation zu einem Wassermangel führen kann (SenUVK 2009: 16). Ein häufig auftretendes Krankheitsbild bei Stadtbäumen ist daher der Trockenstress. Trockenstress wird verursacht durch einen Mangel in der Wasserversorgung einer Pflanze. Ausgelöst wird dieser von hoher Transpiration oder minderer Wasserverfügbarkeit in den Bodenschichten. Dies kann zur Beeinflussung der Wachstums- und Lebensfunktionen führen (BMBF 2016).

Die menschliche Umwelt befindet sich im permanenten Wandel. Ob Wettergeschehen oder jahreszeitlicher Wechsel der Vegetation. Beides sind beispielhafte Darstellungen von naturgegebenen Veränderungen, welche überlagert werden von der Aktivität des menschlichen Handelns. Umso wichtiger ist das natürliche Prozessverständnis, deren Auswirkungen zu kontrollieren, also die Nachvollziehbarkeit des Gefüges von Mensch und Naturhaushalt zu beobachten. Die dafür benötigten Informationen über den Zustand der Umwelt sowie über die Veränderungen dieses Zustandes, können mithilfe von Fernerkundung eingeholt werden. Bei der Fernerkundung handelt es sich um ein indirektes Beobachtungsverfahren, wobei das Messgerät sich in einer gewissen Entfernung vom Ort der Messung befindet. Dabei wird die zu messende Größe aus der vom Messobjekt reflektierten oder emittierten Strahlung abgeleitet. Die daraus resultierenden Daten geben berührungslos Informationen über Gegenstände wieder (Albertz 2009: 1).

Diese Ausarbeitung befasst sich mit der Fragestellung, welche klimatologisch relevanten pflanzenphysiologischen Parameter von Bedeutung für die Erfassung von Stadtbäumen sind. Dieses soll am Beispiel des (Berliner) Ahornbaumes in Bezug auf Trockenstress genauer erläutert werden. Die Arbeit gibt Informationen zum Baumbestand im Berliner Innenstadtbereich und zu den am meisten eingepflanzten Baumgattungen. Eine tiefergehende Untersuchung gilt der Ahorn (Acer)-Baumgattung, mit dem Hinblick auf Methodenerfassung, Zustandsentwicklung, Ursachenfindung und Krankheitsbild.

In Berlin gibt es einen Gesamtbestand von etwa 438.000 Straßenbäumen, welcher die grüne Großstadt ausmacht (SenStadt 2017). Der Straßenbaumbestand hat sich im Jahr 1990 von 370.891 auf 438.159 im Jahr 2015 konstant erhöht, was zu einer unterschiedlichen Aufteilung der Berliner Bezirke führte. Der geringste Baumbestand wird im Bezirk Neukölln mit ca. 59 Bäumen pro km, dicht gefolgt vom Bezirk Spandau mit ca. 60 Bäumen pro km Straße im städtischen Bereich verzeichnet. Spitzenreiter ist hier der Bezirk Charlottenburg-Wilmersdorf. Mit ca. 106 Stadtbäumen pro km weist er die höchste Bestandsdichte auf (SenStadt 2017).

Die am häufigsten eingepflanzten Baumgattungen in Berlin sind die Linde (Tilia), der Ahorn (Acer), die Rosskastanie (Aesculus), die Platane (Platanus) und die Eiche (Quercus). Allein sie machen einen beträchtlichen Anteil des Straßenbaumbestandes von 75% aus (SenStadt 2017). Weitere Gattungen finden aufgrund ihres geringen Bestandanteils keine Berücksichtigung und werden daher namentlich sowie prozentual nicht erfasst (SenStadt 2016, 3).

Die Gattung der Ahorne (Acer) wird besonders geschätzt aufgrund seiner vielfältigen schönen Herbstfärbung und seines frühzeitigen Blüheinsatzes. Seine Gattung umfasst etwa 20 % des gesamten Bestandes. Aufgrund seiner individuellen Eigenschaften wird der Spitzahorn (Acer platanoides) vorzugsweise für den Standort Straße eingesetzt (SenStadt 2017).
Während in Berlin der Vitalitätszustand über Colorinfrarotbilder (CIR) beurteilt wird, bieten sich weitere Möglichkeiten zur Bemessung von klimatologisch pflanzenphysiologischen Parametern, wie Bestandshöhe (in m), Bestandsdichte (in ha), Blattflächenindex (engl. Leaf Area index, Abk. LAI), Bedeckungsgrad (engl. Leaf area density, Abk. LAD), Albedo und NDVI - normalisierter differenzierter Vegetationsindex. Diese werden zusammenfassend dargestellt.

Die Erfassung des Vitalitätszustandes wird im Berliner Innenstadtbereich für die Straßenbäume stichprobenartig durchgeführt. Der Bereich in dem untersucht wurde, liegt innerhalb des Berliner S-Bahn Ringes, ausgedehnt um die geschlossenen bebauten Gebiete der Altbezirke Steglitz, Weißensee, Pankow und den vollständigen Alt-Bezirk Wedding (SenStadt 2016, 3).

Die Proben für diesen Berliner Raum werden in einem 5-Jahresrhythmus entnommen. Die darauf aufbauende Straßenbaumzustandserfassung basiert auf CIR-Luftbildern (SenStadt 2017).

Jedes einzelne Luft- und Satellitenbild ist das Resultat eines Abbildungsprozesses, dem einerseits geometrische und andererseits radiometrische (physikalische) Aspekte zugrunde liegen. Diese geometrischen und physikalischen Informationen sind stets in Bildern gespeichert, wobei der geometrische Aspekt Aussagen aus einer bestimmten räumlichen Richtung wiedergibt und der physikalische Aspekt Informationen über Intensität und spektrale Zusammensetzung der Strahlung (Albertz 2009, 9).

Systeme die zur Aufnahme von Luft- und Satellitenbilder genutzt werden, sollten dementsprechend so ausgelegt sein, dass sie zwei Aspekte gleichzeitig berücksichtigen. Die Positionierung sollte in der Lage sein, zum einen die Intensität der Strahlung und zum anderen die Richtung, aus der die Strahlung kommt, zu ermitteln. Während des Prozesses der Aufnahme wird die von der Erdoberfläche ausgehende, sowie am Satelliten ankommende elektromagnetische Strahlung durch einen Empfänger in Messsignale aufgenommen und gespeichert (Albertz 2009, 9).

Systeme zur Datenaufnahme werden unterschieden nach Wellenlängenbereichen der empfangenen elektromagnetischen Strahlung. Die Darstellung bei der elektromagnetischen Strahlung vorkommende Wellenlänge erfolgt im elektromagnetischen Spektrum, welches unterteilt wird nach Art der Entstehung und Art der Wirkung. Am geläufigsten ist das sichtbare Licht, welches einen kleinen Bereich zwischen 400 und 700 nm (0,4 bis 0,7 µm) Wellenlänge wiedergibt. Wellenlängen werden unterschieden nach kurzwelligen und langwelligen Strahlen. Zu den kurzwelligen zählen die Röntgen- und Gammastrahlung, sowie die ultraviolette und kosmische Strahlung. Die langwellige Seite beginnt mit dem sichtbaren Licht, daneben die Infrarotstrahlung, welche unterteilt wird in nahes Infrarot bis 1µm (NIR), das mittlere Infrarot von 1 bis 7 µm und letztlich des ferne Infrarot ab ca. 7µm. Anschließend an den Infrarotbereich befinden sich die Mikro-und die Radiowellen (in mm) (Albertz 2009, 11).

Im Bereich der Fernerkundung werden nicht alle Wellenlängenbereiche verwendet, lediglich der Abschnitt zwischen dem ultravioletten, dem mittleren Infrarotbreich sowie dem Mikrowellenbereich (Albertz 2009, 11).

Dazugehörende Spektralbereiche werden als Kanäle (oder auch Bänder) charakterisiert. Die bei Erfassung und Aufzeichnung von gleichzeitig mehreren Messwerten in verschiedenen Wellenlängenbereichen, wird als Multispektralsystem bezeichnet (Albertz 2009, 9).

Die Methode Colorinfrarot beruht auf Basis der multispektralen Datenerfassung. Bei diesem Verfahren der Fernerkundung werden Daten gleichzeitig in mehreren Bereichen des elektromagnetischen Spektrums aufgenommen. Multispektrale Bilder entstehen meist aus 3 bis 10 Bändern des Spektralbereiches. Besitzt ein Sensor drei spektrale Kanäle im roten, grünen und blauen Bereich, erhält man ein Bild mit natürlichem Farbeindruck. Wenn sich diese spektralen Kanäle mit Bereichen überlagern, d.h. außerhalb des menschlichen Sichtbereiches befinden, ergeben sich sogenannte Falschfarbenbilder. Durch die Darstellung der Falschfarben in Rottönen für den Berliner Innenstadtbereich ist es möglich, Veränderungen der Vegetationsbedeckung zu erfassen (Govender et al. 2007).

Mittels CIR-Daten kann der jeweilige Vitalitätszustand der Stadtbäume durch Reflexionsunterschiede abgebildet werden. Beispielsweise können Laubschäden oder Laubverluste zu unterschiedlichen Reflexionen führen. Für die Bewertung eines Luftbildes ist der Vergleich mit sogenannten Referenzbäumen notwendig, die während des Zeitpunktes der Befliegung vor Ort vom Boden aus auf ihre Vitalität, Schadenssymptome und Besonderheiten untersucht und beschrieben werden. Für den Vergleich von Luftbild und Referenzbäumen im Hinblick auf Vitalität werden die Merkmale von Laubfarbe, Blattmasse und Kronenform untersucht (SenStadt 2017).
Für die Untersuchung des Zustandes des Ahornbaumes in Berlin wurden zwei wichtige Einflussfaktoren (Schädlingsbefall und Witterungseinfluss) berücksichtigt. Als besonderer Schädlingseinfluss ist bei dem Ahorn (Acer) der Mehltaubefall zu verzeichnen, welcher Laubschäden bewirkt, aber nicht über die Luftbilderkennung wahrgenommen wird und die Bewertung des Zustandes negativ bestimmt (SenStadt 2016, 8 - 9).

Der Witterungseinfluss ist gekennzeichnet durch Einwirkungen des Wetters durch Regen, Eis, Schnee, Wind, Sonne sowie Luftfeuchtigkeit. Im Vergleich zu Großstädten wie Hamburg, wird Berlin eher den trockenen Gebieten zugeordnet. Die jährliche Durchschnittsniederschlagsmenge liegt hier bei 568 mm, wobei auf dem Brocken im gleichen Zeitraum ca. 1400 mm gemessen wurden (SenStadt 1998, 2).

Die Ergebnisse des Zustands der Stichprobenbewertung unterscheiden vier Stufen, gemäß aufgeführter Tabelle 1 (SenStadt 2016, 3).

Für die Gesamtauswertung wurde allerdings nur zwischen ungeschädigt (Stufe 1) und geschädigt (Stufe 2-4) differenziert. Die Zustandsbewertung der Straßenbäume konzentriert sich auf den Höhepunkt der Vegetationsperiode (Juli, August), d.h. bei vollständiger Entwicklung des Laubwerkes sowie noch nicht einsetzender Herbstfärbung (SenStadt 2016, 5 - 8). Die Auswertung der letzten drei 5-Jahresintervalluntersuchungen zeigt eine deutliche Verschlechterung des Berliner Ahornbaumes, wie die Abbildung 1 veranschaulicht.



Der Sommer 2005 ist durch seinen Witterungsverlauf mit durchschnittlichen Niederschlägen und leicht erhöhten Sommertemperaturen begleitend von Sonnenstrahlung gekennzeichnet. Der Anteil ungeschädigter Ahornbäume liegt bei 52 %, was sich wenig belastend auf die Vitalität des Baumes ausgewirkt hat (SenStadt 2007, 5). Zwar sind in diesem Zeitraum bei der Gattung Ahorn (Acer) Verbesserungen bezüglich der Vitalität zu verzeichnen, durch die getrennte Betrachtung der Pflanzjahresklassen, jedoch ändert sich die Richtung der Zustandsentwicklung in jedem Untersuchungsjahr. Die Ergebnisse der Stichprobenbewertung aus dem Jahr 2010 wurden als positiver gewertet, jedoch mit einem sehr wechselhaften Entwicklungszustand (SenStadt 2011, 7).

Der Ahorn (Acer) weist mit 60 % ungeschädigter Exemplare einen guten Vitalitätszustand auf. Die jungen Ahornbäume weisen einen gleichbleibenden (geschädigt/gesund) Zustand auf. Nur das Wohlbefinden der mittelalten sowie alten Exemplare verändert sich zum Nachteil für die Gattung. Der Witterungsverlauf ist geprägt von durchschnittlichen Niederschlägen, wesentlich höheren Sommertemperaturen, aber etwas weniger Sonnenschein. Dies hatte zur Folge, dass einige Exemplare, vermutlich Mittelalte bis Alte unter teilweise hohem Trockenstress litten, was geringe bis mittlere Schäden verursachte (SenStadt 2011, 8).

Der Witterungsverlauf im Jahr 2015 zeigt eine deutliche Wende für die Baumgattung Ahorn (Acer). Der Anteil der geschädigten Exemplare aller Altersstufen steigt deutlich signifikant (SenStadt 2016, 6). Zusammenfassend für alle Jahre war der Sommer für den Ahorn (Acer) als sehr stressreich zu verzeichnen. Mit einem unbeschädigten Anteil von 38 % wird die Gattung als mittlere Auswirkungen eingestuft, was auf deutlich höhere Temperaturen und ausgeprägten Sonnenschein zurückzuführen ist (SenStadt 2016, 9).

Nach Einschätzungen des Deutschen Wetterdiensts war der Sommer 2015, nach 2003 und 1947, der bis dahin drittwärmste Sommer in Deutschland. Intensive Hitzewellen wurden in den Monaten Juli und August mit Temperaturen über 40°C für Deutschland gemessen. Die heißen Temperaturen im Zusammenhang mit einem geringen Aufkommen an Niederschlägen sorgten für flache Wasserstände in Flüssen und herbe Bedingungen in der Landwirtschaft (DWD 2015, 1).

Schadensursachen in Bezug auf Straßenbäume im städtischen Bereich treten in unterschiedlichster Art und Weise auf. Wie Untersuchungen zeigen, durchgeführt beispielsweise vom Pflanzenschutzamt oder der Biologischen Bundesanstalt, setzten sich die Ursachen zusammen aus einer Mischung von Bauarbeiten, Verkehrsunfällen, Pflanzfehlern, Bodenversiegelung, Bodenverdichtung, Hundeurin, Tausalz oder auch Gasrohrleckagen. Mit dem Anstieg der Berliner Bevölkerung wächst auch das Verkehrsaufkommen, was seit 1990 zu einer Erhöhung der Verkehrsunfälle mit Baumkollisionen geführt hat. Zwar verlaufen Unfälle mit „Baumbeteiligung“ nur in wenigen Fällen tödlich, allerdings werden sie durch die Kollisionen anfälliger für biologische Schädlinge. Die Folgeschäden treten unter Umständen erst Jahre später auf, woraufhin diese Exemplare aus dem Straßenbaumbestand entfernt werden müssen, da sie sonst ein enormes Risiko für den jeweiligen Bereich darstellen würden (SenStadt 2016, 10). Detaillierte Feststellungen der schädigenden Ursachen von Straßenbäumen können nicht mit der Colorinfrarot-Methode ausgewertet werden und sind auf eine Vor-Ort-Analyse angewiesen, die sehr zeit- und kostenintensiv ist (SenStadt 2017 online).

Mittels der Ergebnisse aus den Straßenbaum-Zustandsberichten 2005, 2010 und 2015 für die Innenstadt Berlin ist kein eindeutiger Entwicklungstrend des Zustandes für die Baumgattung Ahorn (Acer) erkennbar. Einflussgrößen sind jedoch erkennbar. Dazu zählen langanhaltenden Trockenperioden während der Sommermonate und anthropogene Verursacher. Eine Möglichkeit zur Erhaltung des Straßenbaumbestandes liegt in Baumalternativen, d.h. Bäume deren Trockenresistenz höher als die der jetzigen Stadtbäume ist, da die Trockenperioden immer länger anhalten.

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Autorin: Katja Michel
Datum: 04.08.2017