64 3 · 2020 TR ANSFORMING CITIES THEMA Urbanes Land · durchgrünte Stadt Einleitung Dachbegrünung kann eine bedeutende Rolle spielen als Teil der urbanen grünen Infrastruktur, die den Folgen des Klimawandels entgegenwirkt, Ökosystemleistungen für den Menschen erbringt und die Biodiversität fördert [1]. Derzeit wird jedoch nur ein geringer Anteil Dachflächen begrünt. Es ist von lediglich 5 - 10 % der bundesweit jährlich neu errichteten Dachflächen auszugehen [2]. Außerdem wird der weitaus überwiegende Anteil davon (rund -3 %) extensiv begrünt. Die extensive Dachbegrünung ist jedoch im Hinblick auf Klimaabkühlung nicht sehr effizient, unter anderem weil ihre Evapotranspirationsleistung bei trocken-heißer Witterung im Sommer, wenn die Verdunstungskälte besonders wichtig wäre, als gering einzustufen ist [3, 4]. Auch die Klimaschutzeffizienz, das heißt die CO 2 - Sequestrierung der mit Sedum begrünten extensiven Dächer und die Biodiversität sind relativ gering [5, 6, 7]. Intensive Dachbegrünungen mit größerer Substratstärke (über 25 cm) sind dagegen deutlich effizienter, erfordern jedoch einen hohen Ressourcen- und Energieeinsatz (zum Beispiel Bewässerung mit Trinkwasser) und sind durch einen hohen Pflege- und Kostenaufwand gekennzeichnet [4]. Ein wesentlicher Nachteil ist zudem, dass hohe Dachlasten entstehen, für die das Dach statisch ausgelegt sein muss. Festzuhalten ist daher, dass Dachgrün mit seiner hohen potenziellen Wirksamkeit für Klima und Umwelt derzeit nicht nur flächig zu wenig, sondern auch zu ineffizient umgesetzt wird. Daher beschäftigt sich das Projekt „Effizientes Innovatives Gebäudegrün“ (EffinGrün) an der TH Bingen seit 2019 mit der Frage, wie sich die Vorteile des extensiven Dachgrüns und die Vorteile der intensiven Dachbegrünung kombinieren lassen. Im Projekt wird auf der Grundlage quantitativer Messungen ein semi-intensives Dachgrünsystem entwickelt, das bei geringer Substratmächtigkeit von unter 15-cm auf allen Dächern nachrüstbar ist und durch ein autarkes, solarbetriebenes Regenwasser-Bewässerungssystem effizient das Mikroklima abkühlt, THG-neutral oder absorbierend ist, Wasser zurückhält, Biodiversität fördert und die Feinstaubdeposition erhöht. Die Untersuchungen finden seit 2019 im Labor bzw. auf einer Versuchsdachfläche (Bild 1) an der TH Bingen statt, die in Zusammenarbeit mit der Firma Zin- Co GmbH aufgebaut wurde. Die Bewässerung der Untersuchungsparzellen erfolgt mit Tropfschläuchen oberirdisch und unterirdisch aus Regenwassertanks (Bild 2). Im Folgenden werden die ersten Projektergebnisse in den Bereichen Klima, Wasser, Feinstaub und Biodiversität vorgestellt. Semi-intensive Dachbegrünung Ein innovatives Klimaanpassungs- und Umweltschutzinstrument Semi-intensives Dachgrün, Evaporation, CO 2 -Sequestrierung, THG-Bilanz, Ökosystemleistungen, Feinstaub, Bewässerung, Biodiversität, Nachrüstung Elke Hietel, Oleg Panferov, Ute Rößner, Klemens Seelos, Cornelia Lorenz-Haas, Ben Warnecke, Jan Wustmann Semi-intensives Grün muss im Gegensatz zum standardmäßig eingesetzten extensiven Grün bewässert werden. Im Vergleich mit intensiver Begrünung sind damit zwar geringere Effekte etwa hinsichtlich Evaporation und damit Abkühlung zu erwarten. Dennoch lohnt sich eine genauere Untersuchung dieses Kompromisses, denn bereits bestehende extensiv begrünte Flächen lassen sich mit wenig Aufwand auf semi-intensive Dachbegrünung nachrüsten. Das Projekt adressiert einerseits die Machbarkeit der Umrüstung und andererseits die zu erwartenden Vorteile gegenüber extensiver Begrünung. Unterbau: Fläche 100 m², Holzkonstruktion, leichte Neigung Isolierschutzmatte (Polyester/ Polypropylen), ca. 6 mm Stärke Floradrain (Polyethylen mit Wasserspeichermulden), ca. 40 mm Tiefe Systemfilter, Polypropylen, ca. 0,6 mm Stärke Aquafleece (Vlies aus Polyacrylfasern), ca. 2,4 mm Systemerde Steinrosenflur (Recycling-Tonziegel, Kompost, Ton), ca. 10 cm Höhe Vegetation Bild 1: Versuchsdachfläche mit Regenwassertanks und Dachaufbau. © Hietel et al. 65 3 · 2020 TR ANSFORMING CITIES THEMA Urbanes Land · durchgrünte Stadt Klima Die Effizienz der Dachbegrünung als Klimaanpassungsmaßnahme wird normalerweise durch die mildernde Wirkung der Anlagen auf das Mikroklima und die Wasserrückhaltekapazität bei Starkregen charakterisiert. Die Klimaschutzwirkung der Dachbegrünung hängt von der Treibhausgasbilanz der verwendeten Pflanzen und des Substrats unter verschiedenen meteorologischen Bedingungen ab. Methoden Um die Effizienz der Dachbegrünung für Klimaanpassung quantitativ zu beschreiben, werden auf der oben erwähnten Versuchsdachfläche und auf einer Referenzfläche seit August 2019 mikroklimatische Messungen durchgeführt. Die Station auf dem Dach ist zentral, aber auf der oberirdisch bewässerten Hälfte des Dachs platziert, die Referenzstation auf einem voll versiegelten Parkplatz mit 3- m Abstand östlich von der Versuchsdachfläche. Die Mikroklimamessungen werden kontinuierlich mit automatischen Wetterstationen und als Messkampagnen mit Handmessgeräten gemacht. Folgende Klimavariablen werden auf 2 m und 0,5 m Höhe gemessen: Bodentemperatur, Bodenwassergehalt, Lufttemperatur und relative Feuchte, kurzwellige Solarstrahlung, Windgeschwindigkeit und -richtung, Niederschlag. Die Oberflächentemperaturen auf Versuchsdachfläche und Referenzfläche werden mit einer FLIR Wärmebildkamera erfasst. Zur Erfassung der Treibhausgasbilanz werden die Gas-Austausch-Messungen (CO 2 , H 2 O, N 2 O, CH 4 ) zwischen Atmosphäre und Begrünung mit Hilfe modernster, hochgenauer Laser-Gas-Analysatoren der TH Bingen (Li-Cor 8100 mit Survey und Long-term Chamber, Ultraportable Greenhouse Gas Analysator von Los Gatos Research und G2508 von Picarro) und mit Hilfe der Bodenhauben-Methode durchgeführt. Zuerst wurden Messungen an einzelnen Pflanzen in Kombination mit Substrat unter Laborbedingungen durchgeführt. Die Messungen direkt auf der Versuchsdachfläche sind geplant. Ergebnisse Die Messungen im Sommer 2019 ( Juni - August) mit noch nicht etablierter Vegetation zeigten, dass unter warmen und heißen Bedingungen (t Luft > 24 °C) die unterirdisch bewässerte Begrünung rund 0,3 °C kühler als die oberirdisch bewässerte Fläche sowie der Parkplatz ist (Signifikanzniveau  = 0,05). Im Winter 2019/ 2020 mit etablierter Vegetation war die Lufttemperatur während sonniger Tage (Globalstrahlung > 300 W/ m 2 ) über dem Dachmodell etwa 0,5 °C signifikant höher als über der Referenzfläche (s. Beispieltag 15. 1. 2020, Bild 3). Während bedeckter Tage (Globalstrahlung ≤ 300 W/ m 2 ) wurden keine signifikanten Temperaturunterschiede zwischen der Versuchsdachfläche und dem Parkplatz registriert. Der Vergleich der Messungen auf 2 m und 0.5 m über der Begrünung zeigt, dass die Wirkung der Begrünung mit der Höhe abnimmt - ca. 0,4 °C Temperaturabnahme mit der Höhe im Winter. Erste Messungen der CO 2 und CH 4 -Flüsse zeigen, wie erwartet, dass sowohl bei extensiven (Sedum) als Extensiv begrünte Parzelle (Sedumsprossen 80g/ m², Flachballen 5 St./ Parzelle) Semi-intensiv begrünte Parzelle (70 Pflanzen/ Parzelle, Topfgröße P 0,5) Sukzession (Größe 10x2 m) 10 m 10 m Unterirdische Bewässerung Oberirdische Bewässerung Parzellengröße je 2x2 m Bild 2: Aufteilung der Untersuchungsparzellen und der Bewässerung. © Hietel et al. Bild 3: Beispiel von Tagesgang (9-- 16 Uhr) der Globalstrahlung (gelbe Blaken) und der Lufttemperatur auf 0,5 m Höhe über der Versuchsdachfläche (rot) und der Referenzfläche Parkplatz (blau). © Hietel et al. 66 3 · 2020 TR ANSFORMING CITIES THEMA Urbanes Land · durchgrünte Stadt auch semi-intensiven Begrünungssystemen (Salbei) die Pflanzen eine CO 2 -Senke und das Substrat eine CO 2 -Quelle ist. Interessantes Ergebnis der Messungen ist, dass die Substrate eine sehr schwache Senke und Pflanzen schwache Quellen für Methan sind. Die absoluten Werte und Gesamtbilanzen müssen noch genauer analysiert werden. Diskussion Die bis jetzt beobachtete kühlende Wirkung der Begrünung im Sommer und wärmende Wirkung im Winter ist vermutlich weniger das Ergebnis biophysikalischer Prozesse wie Transpiration als mehr der direkte Effekt der Albedounterschiede. Im Winter war die Oberfläche der Begrünung etwas dunkler als der Parkplatz: 8 % versus 12 %. Die im März/ April gemessenen Albedowerte mit mehr entwickelter Vegetation zeigen etwa 14 % Albedo auf dem Parkplatz versus 14 % bis 16% variierende Albedo auf der Versuchsdachfläche. Weitere Messungen über der etablierten Begrünung unter extrem heißen und kühleren Bedingung im kommenden Sommer werden den Bereich der möglichen kühlenden bzw. wärmenden Wirkungen der semi-intensiven Begrünung demonstrieren. Die Abnahme der Temperaturwirkungen der Dachbegrünung mit der Entfernung vom Dach ist bekannt und wurde auch in wissenschaftlicher Literatur erwähnt [8]. Die Messungen der Treibhausgasflüsse zwischen Pflanzen und Atmosphäre wurden bislang nur unter Laborbedingungen durchgeführt, was die Aussagekraft der Messungen limitiert. Die Flüsse sollen auch unter realen Bedingungen direkt auf dem Modelldach untersucht werden. Wasserversorgung Für die Entwicklung eines effizienten semi-intensiven Gründaches ist die Wasserversorgung von entscheidender Bedeutung. Ziel ist ein minimaler Wasserverbrauch (bevorzugt Einsatz von Regenwasser), der ein gutes Wachstum der Pflanzen und damit eine effektive Transpiration über die Blattoberflächen ermöglicht, die schließlich zu dem gewünschten Abkühlungseffekt über der Dachgrünfläche führen. Neben dem mikroklimatischen Effekt sind gut entwickelte Blühpflanzen die Voraussetzung für die Erhöhung der Insektenartenvielfalt. Als zentrale Steuergröße für den Wasserhaushalt soll die Substratfeuchte gemessen werden. Für das Wachstum der verschiedenen Pflanzen sind die optimalen Wassersättigungen im Substrat in der Regel bekannt. Damit kann mit Hilfe einer kontinuierlichen Substratfeuchtemessung das Wachstum der Pflanzen überwacht und sie damit möglicherweise durch Bewässerung vor Trockenstress geschützt werden. Methoden Zur Überwachung der Substratfeuchte wurden zwei verschiedene Sensoren getestet: TDR-Sensor SMT 100 (Firma UGT) und Kapazitiver Sensor Hygrometer Modul V1.2 für Arduino. Dabei ist der erste Sensor allein durch das TDR (Time-Domain-Reflektion) Messprinzip als relativ genau einzuschätzen. Mit diesem Sensor lässt sich in körnigen Substraten (Boden, Substrat Dachbegrünung) die Substratfeuchte relativ genau bestimmen [9]. Der Nachteil ist, dass diese TDR-Sensoren kostenintensiv sind und sich deshalb nicht zur flächigen Überwachung des Feuchtezustandes von Dachgrünsubstraten eignen. Deshalb werden alternativ kapazitive Sensoren untersucht, die direkt an einen programmierbaren Mikrocontroller (zum Beispiel Arduino Uno) angeschlossen werden können. Dieses Setup ist wesentlich kostengünstiger und es soll geprüft werden, ob damit die Substratfeuchte mit hinreichender Genauigkeit zur Steuerung der Wasserversorgung von Gründächern gemessen werden kann. Die Kalibrierkurve für den kapazitiven Sensor im Substrat wurde aufgenommen. Der Versuchsaufbau ist in Bild 4 dargestellt. Dabei erfolgte eine definierte Einstellung der Substratfeuchte zum Zeitpunkt t 0 durch die Zugabe einer bestimmten Menge Wasser. Während der Austrocknung des Substrates (Messung des Wasserverlustes über Wägung) wurde mit Hilfe des kapazitiven Sensors kontinuierlich die Substratfeuchte bestimmt. Ergebnisse In Bild 5 ist die Kalibrierkurve für den kapazitiven Sensor dargestellt. Die Sensorspannung (Messgröße Sensor) und die Substratfeuchte (in Gew%) lassen sich durch eine quadratische Regressionsfunktion mit dem Bestimmtheitsmaß R 2 von 0,95 abbilden. Dadurch wird deutlich, dass ein starker Zusammenhang zwischen der Messgröße (Sensorspannung) und der tatsächlichen Substratfeuchte besteht. Die Bild 4: Versuchsaufbau zur Ermittlung der Kalibrierkurve für den kapazitiven Sensor. © Hietel et al. 67 3 · 2020 TR ANSFORMING CITIES THEMA Urbanes Land · durchgrünte Stadt Kalibrierkurve zeigt ebenfalls, dass der Messbereich des kapazitiven Sensors nach unten, das heißt in Richtung geringer Substratfeuchte beschränkt ist. In diesem Fall konnten Substratfeuchtegehalte bis minimal 4 Gew% sicher detektiert werden. Diskussion Bei Aufnahme der Kalibrierkurve für einen kapazitiven Sensor in einem Gründachsubstrat konnte eine ausreichende Genauigkeit erzielt werden, um mit Hilfe dieses Sensors die Substratfeuchte zur Steuerung der Wasserversorgung der Pflanzen einzustellen. Der Einfluss des AD-Wandlers auf die Messwerte des Sensors war im Versuchsverlauf vernachlässigbar. Die Kosten für eine kapazitive Substratfeuchtemessung mit bis zu 10 Sensoren betragen rund 25 €, die Kosten für den TDR-Sensor (UGT) liegen allein für einen Sensor bei etwa 150 €. Somit stellt der kapazitive Sensor eine echte Alternative für die Vermessung von flächigen Substraten auf dem semi-intensiven Gründach dar [10, 11]. Künftig wird dieser Sensor zur Steuerung der Wasserversorgung von verschiedenen semi-intensiven Gründächern eingesetzt, um ihn im laufenden Betrieb noch weiter hinsichtlich seiner Messgenauigkeit und Langzeitstabilität zu testen und zu optimieren. Feinstaub Die Untersuchungen zur Feinstaubdeposition basieren auf zwei Ansätzen. Zum einen auf kontinuierlichen Feinstaubmessungen an ausgewählten Dachstandorten in den Städten Bingen und Mainz und zum anderen auf Laborversuchen am geowissenschaftlichen Institut der Universität Mainz. Auf diese wird in diesem Kapitel explizit eingegangen. Methoden In einem speziell ausgestatteten Windkanal (siehe Bild- 6) werden Einflussgrößen wie Windstärke, Staubmenge und -zusammensetzung unabhängig von äußeren Bedingungen (Klima, Art der Pflanzenvergesellschaftung, anthropogene Einflüsse) bezüglich ihrer Relevanz für das Staubbindevermögen einer Pflanze überprüft und interpretiert. Im Einzelnen werden die Feinstaubkonzentrationen mittels kalibrierter Staubmengenmessgeräte im Größenbereich PM2.5 und PM10, die Partikelgrößenverteilung auf Staubfängern (aufgeraute Glasträger) sowie die Haftprozesse auf den Pflanzenblättern mittels Analyse mikroskopischer Bildaufnahmen untersucht [12]. Dabei eingesetzte Modellstäube können Feuerlöschpulver, Gesteinsmehl oder organische Substanzen im Partikelgrößenspektrum 2 - 100 μm sein. Ähnliche Versuche wurden bereits im Zuge einer Auftragsstudie zur Staubfilterwirkung von Pflanzen an der Humboldt-Universität Berlin durchgeführt [13]. Der hier vorgestellte Versuch mit einer Schafgarbe (Achillea millefolium) als Testpflanze wurde folgendermaßen durchgeführt: die Versuchsdauer betrug 200 min bei einer kontinuierlichen Windstärke von 2,5 m/ s. Definierte Staubmengen von je 50 mg wurden im 10 min-Intervall zugeführt. Die Staubfänger wurden direkt oberhalb des Substrats vor, hinter und unterhalb der Pflanzenblätter angebracht. Zusätzlich waren Feinstaubmessgeräte auf Laborstativen vor und hinter der Pflanze im Windstrom positioniert. Ergebnisse Die Ergebnisse der Feinstaubmessung zeigen eine Reduktion der Staubkonzentration auf der windabgewandten Seite der Pflanze (Tabelle 1). Die bildanalytische Auswertung der Staubfänger (siehe Bild- 7) bestätigt diese Ergebnisse, sichtbar in einer Reduktion der Partikelzahl und einer abnehmenden Partikelgrößenverteilungen in der Reihenfolge vor (a), hinter (b), unterhalb (c) der Pflanzenblätter. Eine Bild 5: Kalibrierkurve für den kapazitiven Sensor Hygrometer Modul V1.2 für Arduino. © Hietel et al Bild 6: Versuchskanal (200 x 80 x 80 cm) mit zwei variabel steuerbaren Ventilatoren zur Erzeugung eines kontinuierlichen Windstroms (Luftstrommessgerät: Trotec TA300). Zwei kalibrierte Feinstaubmessgeräte (ELV PM2.5) werden vor und hinter der Versuchspflanze zur kontinuierlichen Feinstauberfassung im 30 sec-Intervall positioniert. Die drei Staubfänger befinden sich unterhalb des Blattwerks auf dem Substrat (im Bild nicht zu erkennen). Die Staubproben (20 x 50 μg Weizenmehl Typ 405) werden über eine Öffnung im Deckel direkt hinter dem linken Ventilator eingebracht. © Hietel et al. 68 3 · 2020 TR ANSFORMING CITIES THEMA Urbanes Land · durchgrünte Stadt deutliche Anreicherung an Staub auf den Blättern nach Durchführung des Versuchs ist in Bild 8a zu erkennen. Bild 8b zeigt den Zustand der Blattoberfläche nach einer simulierten Beregnung der Pflanze - alle Staubpartikel wurden abgespült und ins Substrat überführt. Diskussion Die Versuchsergebnisse zeigen, dass Pflanzenblätter Partikel binden und darüber hinaus die Zusammensetzung der in der Atmosphäre verbliebenen Staubmenge verändern können. Eine nachweisbare Reduktion der Partikelanzahl sowie der mittleren Partikelgröße auf der windabgewandten Seite der Pflanze verdeutlichen die potenzielle Filterwirkung von intensiv begrünten Dächern. Der Staub wird von den Blättern der Pflanze „gefangen“ und anschließend beim nächsten Niederschlagsereignis ins Substrat gespült. Inwieweit diese Beobachtung auch auf andere Pflanzenarten zutrifft, wird in weiteren Versuchsreihen untersucht. Hochauflösende Digitalmikroskope ermöglichen darüber hinaus eine Untersuchung der Anhaftprozesse von Staubkörnen an die Pflanzenoberfläche. Bild 8c zeigt die Nahaufnahme (700fache Vergrößerung) eines Blatthärchens der untersuchten Schafgarbe mit einem anhaftenden, 8 μm großen Staubkorn. Dieser pflanzenspezifische Mechanismus konnte an zahlreichen Stellen des Blattes nachgewiesen werden, wogegen Staubpartikel direkt auf der Blattoberfläche selten vorzufinden sind. Der Effekt könnte dafür verantwortlich sein, dass die Staubpartikel auch bei gleichbleibend hoher oder weiter gesteigerter Windgeschwindigkeit nicht wieder abgelöst und weitertransportiert werden. Andere Pflanzen mit glatter Blattoberfläche zeigen ein deutlich geringeres Bindevermögen. Insgesamt werden bis zum Abschluss des Projektes rund 15 Pflanzenarten auf ihre Staubfilterwirkung im Laborversuch untersucht werden. Biodiversität Auf den Dachgrünflächen soll die Biodiversität optimiert werden. Dafür werden die Auswirkungen von unterschiedlichen Etablierungsmethoden der Pflanzen und von Bewässerung auf die Biodiversität untersucht. Methoden Ein Teil der Parzellen des Versuchsdachs (Bild 2) wurde extensiv mit Sedum-Arten begrünt. Für die semi-intensiv begrünten Parzellen wurden Pflanzen verwendet, die trocken- und hitzetolerant und zur Erhöhung der Attraktivität teilweise essbar sind. Auf einer weiteren Fläche entwickelte sich spontane Sukzessionsflora. Ansaatversuche wurden in vier Holzkästen (Aufbau entsprechend Versuchsdach, Größe je 1 m²) mit gebietsheimischen Wildsamenmischungen durchgeführt (Pflanzenliste in Tabelle 2). Im Rahmen einer regelmäßigen Bonitur wurden Vitalität der Pflanzen, Wuchshöhe, Deckungsgrad und Blütenanzahl erfasst. Ergebnisse Die Bewässerung (im Mittel 2 mm/ Tag) wirkt sich deutlich positiv auf Vitalität und Wuchshöhe der Position des Messgerätes oder des Staubfängers vor der Pflanze hinter der Pflanze unterhalb der Pflanzenblätter Ergebnisse der Feinstaubmessung über den gesamten Versuchszeitraum (200 min) mittlere Partikel-konzentration PM2.5 [μg/ m³] 18,2 15,7 - mittlere Partikel-konzentration PM10 [μg/ m³] 34,2 29,6 - Ergebnisse der Staubfänger-Proben über den gesamten Versuchszeitraum (200 min)mittels Bildauswertung mittlere Partikelgröße [μm] 108,1 89,9 73,2 max. Partikelgröße [μm] 280,3 256,6 143,0 Partikelanzahl [abs] 1358 1288 1148 Tabelle 1: Ergebnisse der Feinstaubmessung und der Bildanalyse Bild 7: Auswertung der Staubfänger: Teilabbildung a zeigt links das polarisiert aufgenommene Bild der Probe vor der Pflanze, rechts das Histogramm der Partikelverteilung (Bildaufnahme: DinoLite Digitalmikroskop AM-73915 MZTL, 70 fache Vergrößerung). In Analogie zeigt Teilabbildung b die Ergebnisse des Staubfängers hinter der Pflanze und Teilabbildung c die Ergebnisse des Staubfängers unterhalb des Blattwerks. © Hietel et al 69 3 · 2020 TR ANSFORMING CITIES THEMA Urbanes Land · durchgrünte Stadt Pflanzen sowie auf den Deckungsgrad der Parzellen aus (siehe Bild 9). Dabei spielt es offenbar keine Rolle, ob die Bewässerung unterirdisch oder oberirdisch erfolgt. Während die Parzellen mit Sedum- Bepflanzung sehr lückig blieben (weniger als 30 %), erreichten die semi-intensiv begrünten Parzellen bereits im Pflanzjahr Deckungsgrade von 70 - 80 %. Die Sukzessionsflora blieb ebenfalls relativ lückig (Deckungsgrad bis etwa 40 %). Bei den Ansaatversuchen konnte rasch ein hoher Deckungsgrad erreicht werden. Während die Wuchshöhe der Sedum-Pflanzen wie erwartet sehr niedrig blieb, erreichten die Pflanzen auf den semi-intensiven Parzellen je nach Art gestaffelte Wuchshöhen von bis über 60-m (zum Beispiel: Achillea millefolium, Hyssopus officinalis, Briza media). Der Strukturreichtum war damit hier deutlich größer ausgeprägt. Auf den semi-intensiv begrünten Parzellen sind fast über das ganze Jahr blühende Pflanzen und damit Insektennahrung vorhanden. Bergenia cordifolia blüht beispielsweise bereits ab Februar, während Dianthus carthusianorum bis in den Dezember hinein blüht. Die Blütezeit der Sedum-Arten konzentriert sich dagegen auf den Zeitraum Mai bis September. Die Artenanzahl ist bei der semi-intensiven Pflanzung am höchsten, bei den Ansaaten konnten sich bislang die Wildgräser am ehesten durchsetzen. Der Pflegebedarf der Begrünungen war trotz Bewässerung gering, es wurden lediglich einzelne Gehölzkeimlinge beseitigt. Diskussion Ein hoher Deckungsgrad sowie Blühaspekt fast über das ganze Jahr wirken sich positiv auf die Lebensraumqualität des Dachgrüns zum Beispiel für Insekten und damit über die Nahrungskette auch für die faunistische Biodiversität insgesamt aus [6,-14]). Auch Strukturreichtum, also der Wechsel zwischen Gräsern und Stauden sowie unterschiedliche Wuchshöhen, hat positive Auswirkungen [15]. Beides konn- Bild 8: a) Mikroskopaufnahme eines Blattes der Testpflanze (Schafgarbe) unmittelbar nach der Durchführung des Versuchs. b) Aufnahme eines Blattes nach der Abspülung des Staubes durch einen simulierten Niederschlag. c) Aufnahme eines Blatthärchens mit anhaftendem Staubkorn. Bildaufnahme a und b: DinoLite Digitalmikroskop AM-7515 MT8A, 125fache Vergrößerung. Bildaufnahme c: DinoLite Digitalmikroskop AM-7515 MT8A, 700fache Vergrößerung. © Hietel et al Bild 9: Rechte Bildseite: Semi-intensiv begrünte Parzelle mit Blühaspekt, linke Bildseite: Unterschiede Bedeckungsgrad und Wuchshöhe zu extensiv begrünten Parzellen sowie zur Sukzessionsfläche (Hintergrund) © Hietel et al 70 3 · 2020 TR ANSFORMING CITIES THEMA Urbanes Land · durchgrünte Stadt 1. 3. 2020 die Verwendung gebietsheimischer Pflanzungen vor. Die Übertragung dieser Vorgabe auf die Dachgrünflächen scheint für die Biodiversität sinnvoll zu sein, auch für eine mögliche Anerkennung der Dachgrünflächen als Kompensationsmaßnahmen im Rahmen der Eingriffsregelung. Das Ausbringen von Wildsamenmischungen aus der jeweiligen Herkunftsregion zeigt sich nach den bisherigen Ergebnissen daher als erfolgversprechende Alternative bzw. Ergänzung zu Pflanzungen. Die Beimischung von essbaren Pflanzen (Erdbeere, Kohl) und Kräutern (Lavendel, Ysop) hat sich zur Steigerung der Attraktivität der Pflanzungen bewährt. Insgesamt ist im Vergleich zu den extensiv begrünten Referenzflächen von einer deutlichen Optimierung der Biodiversität auszugehen, die trotz der geringen Substrathöhe (10 cm) aufgrund der Bewässerung ermöglicht wurde. Fazit Im Rahmen des Projekts konnte das Versuchsdach als Modellfläche für semi-intensives Dachgrün aufgebaut und erfolgreich in Betrieb genommen werden. Damit wurde bereits die aufwandsarme Nachrüstbarkeit extensiver Flächen gezeigt. Durch die nachgewiesene Vergleichbarkeit zwischen der präzisen, aber teuren und der einfacheren Sensorik konnten zudem die Kosten der Nachrüstung erheblich gesenkt werden. Denn die erwarteten Vorteile können nur umgesetzt werden, wenn eine hinreichende Attraktivität einer Umstellung auf semiintensives Grün für eine Vielzahl von Anwendern gegeben ist. Mit der Art der semi-intensiven Begrünung ist es zudem gelungen, auf dem Modelldach die Biodiversität fördernde Strukturen zu schaffen. Erste Vorversuche im Labor und auf der Modellfläche zeigten bereits vielversprechende Ergebnisse hinsichtlich der Rolle von semi-intensivem Grün für die Albedo und die Feinstaubbindung. Nächste Schritte sind die ausgiebige Quantifizierung der Zielgrößen am inzwischen dicht bewachsenen Modelldach und den unter realen Bedingungen bereits umgerüsteten Dächern in Mainz und Bingen. Dann wird sich auch zeigen, inwieweit über das Jahr gespeichertes Regenwasser zur Bewässerung der semi-intensiven Dachbegrünung ausreichen wird. Danksagung Wir bedanken uns beim BMU für die Förderung des Projekts im Rahmen des Programms „Förderung von Maßnahmen zur Anpassung an den Klimawandel, Schwerpunkt Kommunale Leuchtturmvorhaben“ sowie bei allen Studierenden und Kooperationspartnern, die am Projekt mitwirken. te auf den semi-intensiv begrünten Parzellen schon nach kurzer Zeit erreicht werden. Die Vielfalt der Pflanzenarten spielt ebenfalls eine Rolle: sie erhöht die Resilienz im Vergleich zu Begrünungen, die nur auf wenigen Arten basieren [16,- 17]. Die Pflanzungen erreichen zwar die höchste Artenanzahl, es wurden jedoch auch nicht heimische Arten gepflanzt, da bei den Staudengärtnereien oft heimische Arten gar nicht bzw. nur als züchterisch bearbeitete Sorten lieferbar sind. Die Verwendung heimischer Arten ist jedoch für die Biodiversität wichtig (vgl. zum Beispiel [15]), und für die freie Natur gibt §-40 BNatSchG seit Pflanzenarten auf den intensiven Versuchsparzellen Gemeine Schafgarbe Achillea millefolium Kahler Frauenmantel Alchemilla epipsila Herzblättrige Bergenie Bergenia cordifolia „Abendglut“ Borretsch Borago officinalis „Alba“ Wirsing Brassica oleracea convar. capitata var. sabauda Grünkohl Brassica oleracea var. sabellica Mittleres Zittergras Briza media Blauroter Steinsame Buglossoides purpurocaerulea Rundblättrige Glockenblume Campanula rotundifolia Pampasgras Cortaderia selloana „Pumila“ Kartäusernelke Dianthus carthusianorum Heide-Nelke Dianthus deltoides „Leuchtfunk“ Amethyst-Schwingel Festuca amethystina Gartenerdbeere Fragaria x ananassa Kaukasus Storchschnabel Geranium renardii Ysop Hyssopus officinalis Echter Lavendel Lavandula angustifolia Virginischer Tabak Nicotiana tabacum Woll-Ziest Stachys byzantina Edel-Gamander Teucrium chamaedrys Pflanzenarten auf den extensiven Versuchsparzellen Scharfer Mauerpfeffer Sedum acre Weißer Mauerpfeffer Sedum album Milder Mauerpfeffer Sedum sexangulare Felsen Fetthenne Sedum rupestre Dickblatt-Fetthenne Sedum dasyphyllum Wildsamenmischungen (Rieger-Hofmann GmbH) Nr. 13 Blumen-/ Kräuterrasen Nr. 15 Pflaster-/ Schotterrasen Nr. 16 Wildgräserrasen Nr. 18 Dachgrünmischung Tabelle 2: Pflanzenliste 71 3 · 2020 TR ANSFORMING CITIES THEMA Urbanes Land · durchgrünte Stadt AUTOR*INNEN Prof. Dr. Elke Hietel Technische Hochschule Bingen Fachbereich 1 - Life Sciences and Engineering Kontakt: e.hietel@th-bingen.de Prof. Dr. Oleg Panferov Technische Hochschule Bingen Fachbereich 1 - Life Sciences and Engineering Kontakt: o.panferov@th-bingen.de Prof. Dr.-Ing. Ute Rößner Technische Hochschule Bingen Fachbereich 1 - Life Sciences and Engineering Kontakt: roessner@th-bingen.de Dr. Klemens Seelos Johannes Gutenberg Universität Mainz Kontakt: seelos@uni-mainz.de Prof. Dr. Cornelia Lorenz-Haas Technische Hochschule Bingen Fachbereich 1 - Life Sciences and Engineering Kontakt: c.lorenz-haas@th-bingen.de Dipl.-Biol. Ben Warnecke Technische Hochschule Bingen Fachbereich 1 - Life Sciences and Engineering Kontakt: b.warnecke@th-bingen.de Jan Wustmann, B. Sc. Technische Hochschule Bingen Fachbereich 1 - Life Sciences and Engineering Kontakt: j.wustmann@th-bingen.de LITERATUR: [1] BfN, Bundesamt für Naturschutz: Urbane Grüne Infrastruktur, Grundlage für attraktive und zukunftsfähige Städte, Berlin, 2017. E-paper: https: / / www.bfn. de/ fileadmin/ BfN/ planung/ siedlung/ Dokumente/ UGI_Broschuere.pdf, am 27.04.2020. [2] Mann, G.: Dach-, Fassaden- und Innenraumbegrünung im Jahr 2017. In: Neue Landschaft 6 (2017) S.-23 - 27. [3] Deutscher Dachgärtnerverband e. V. (DDV): Gründach Aktuell. 1 (2017) S. 4. [4] Köhler, M.: Handbuch Bauwerksbegrünung. Planung - Konstruktion - Ausführung. Verlagsgesellschaft Rudolf Müller. Köln, 2012. [5] Hietel, E., Panferov, O., Rößner, U.: Extensive Dachbegrünungen im urbanen Raum- Bedeutung der kleinflächigen Dachbegrünungen für Lokalklima, Wasserhaushalt und Biodiversität. Transforming Cities 3 (2016) S. 18 - 22. [6] Shafiquea, M., Xue, X., Luo, X.: An overview of carbon sequestration of green roofs in urban areas, Urban Forestry & Urban Greening, 47, 126515 (2020) S. 1 - 14. [7] Lermen, D.: Über den Einsatz von Laufkäferuntersuchungen als Indikator für Lebensraumzustände und Lebensraumveränderungen. Diplomica Verlag GmbH, Hamburg, 2005. [8] Solcerova, A., van de Ven, F., Wang, M., Rijsdijk, M., van de Giesen, N.: Do green roofs cool the air? . Building and Environment 111 (2017) S. 249 - 255. [9] Ströder, M: Erfassung des Wassergehaltes von Dachbegrünungssubstrat durch Messung der Bodenfeuchtigkeit mit dem Bodenfeuchtesensor SMT-100. Bachelorarbeit Technische Hochschule Bingen, 2019, unveröffentlicht. [10] Wustmann, J., Lenz, C.: Untersuchung einer kostengünstigen Substratfeuchtemessung als Steuergröße für die Bewässerung von Gründächern. Poster FLL-Tagung 7. Forschungsforum Landschaft - Grün macht Klima in Planung und Ausführung. Nürtingen, 05./ 06.03.2020. [11] Lenz, C.: Kalibrierung eines kapazitiven Feuchtesensors für ein Vertikalgrün-Substrat mit dem Ziel einer automatischen Bewässerung. Technische Hochschule Bingen, 2020, unveröffentlicht. [12] Seelos, K., Sirocko, F.: Radius: rapid particle analysis of digital images by ultra-high-resolution scanning of thin sections. Sedimentology, 52 (2005) S. 669 - 681 [13] Gorbachevskaya, O., Herfort, S.: Feinstaubbindungsvermögen der für Bauwerksbegrünung typischen Pflanzen. Berlin, IASP-Bericht, 2012, 31 S. [14] Thiele, H.-U.: Experimentelle Untersuchungen über die Ursachen der Biotopbindung bei Carabiden. Zeitschrift für Morphologie und Ökologie der Tiere, 53 (1964) S. 387 - 452. [15] Gedge, D., Kadas, G.: Green roofs and biodiversity. Biologist 52/ 3 (2005) S. 161 - 169. [16] Emilsson, T.: Vegetation development on extensive vegetated green roofs: Influence of substrate composition, establishment method and species mix. Ecological Engineering 33 (2008) S. 265 - 277. [17] Lundholm, J., MacIvor, J., MacDougall, Z., Ranalli, M.: Plant species and functional group combinations affect green roof ecosystem functions. PLoS ONE 5/ 3 (2010) e9677.