Wurzelsysteme ingenieurbiologischer Bauweisen - Department für ...

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R. Stangl/W. Zenz/P. Weinbacher · Wurzelsysteme ingenieurbiologischer Bauweisen Bild 6: Isolierter Wurzelverbund aus Grauerlen einer zwölfjährigen Holzkrainerwand über 4 m Durchmesser und Trockengewichten bis zu 9 kg pro Individuum. Die wenigen sprossbürtigen Wurzeln zeigten bereits die arttypische Form eines kegelförmigen Umhanges, bildeten ein dichtes Geflecht aus sprossbürtigen Wurzeln um das Stammzentrum und reichten bis etwa einen dreiviertel Meter in die Tiefe. Die mehr als doppelt so hohe Gesamtbiomasse der einzelnen Kollektivpartner im Vergleich zu den Einzelindividuen bestätigt Angaben von Polomski und Kuhn (1998), wonach der gesamte Verbund durch die gemeinsame Nährstoffnutzung für die Biomasseentwicklung profitiert. Bewurzelte Sprosseinlagen von Eschen eines 20-jährigen Hangrostes entwickelten auf frisch-feuchtem Lehmuntergrund ein beeindruckendes Wurzelkollektiv (Bild 5). Im Gegensatz zu den Erlen wird dieser Verbund primär aus den Adventivwurzeln der ehemaligen Einlagen aufgebaut, während die sprossbürtigen Wurzeln in ihrem Wachstum den Adventivwurzeln deutlich nachgeordnet sind. Die Adventivwurzeln hatten für Eschen typische Merkmale nach Kutschera und Lichtenegger (2002) ausgebildet und sind charakterisiert durch große Seitenerstreckung, gute Unterscheidbarkeit horizontaler und vertikaler Wurzeln, ausgeprägter Feinverzweigung und gewellter Form. Die aus dem eingelegten Spross gebildeten Wurzeln setzen die Richtung der horizontalen Einlagen fort und erhöhen bei einer Längenausdehnung bis über 200 cm die Dübelwirkung in den Hang. Die Abnahme der Durchmesser am Wurzelende wird durch zunehmenden Feinwurzelbesatz ausgeglichen. Die gemeinsame Nährstoffnutzung wirkte sich ebenfalls positiv auf die Verbundpartner des Kollektivs aus vier Grauerlen und zwei Reifweiden einer 20-jährigen Heckenbuschlage zu (Bild 6 und 7). Die oberirdischen Biomassen beider Arten sind z.T. um ein Vielfaches höher ist als das von Einzelindividuen. Das Wurzelkollektiv hatte einen Durchmesser von beachtlichen 8 m und eine seitliche Ausdehnung von 4,5 m. Polomski und Kuhn (1998) meinen, dass interspezifische Wurzelver wachsungen zwischen verschiedenen Arten nur sehr selten vorkommen und sich auf nah verwandte Arten beschränken. Verwachsungen kommen dann zustande, wenn Wurzeln übereinander zu liegen kommen oder zusammengedrückt werden. Die unmittelbare Nähe der Einlagen bei lagenbauartigen Bauweisen zueinander verursacht naturgemäß Platzmangel. Häufig Bild 7: Isolierter Wurzelverbund aus Grauerlen und Reifweiden einer 20-jährigen Heckenbuschlage reagieren die Wurzeln mit Richtungsänderungen auf Hindernisse, wie sie bei den Holzkrainerwänden beobachtet wurden. Verwachsungen im Zuge des Dickenwachstums stellen eine konstruktive Verbindung dar, der sehr hohe Bedeutung im Sinne von sowohl tief- als auch weitreichender Bodenstabilisierung zukommt. Räumliche Wurzelverteilung von Asteinlagen aus Heckenbuschlagen Die ehemaligen Asteinlagen einer Grauerle und einer Reifweide dominieren typischerweise die Wurzelarchitektur und die unterirdische Biomasse. Die räumliche Verteilung der neu gebildeten Wurzeln ist sehr inhomogen. Aufgrund von Sprosswurzelbildung konzentriert sich die Hauptwurzelmasse sowohl bei der Grauerle als auch bei der Reifweide in der Nähe der Stammachse. Zwei Drittel der Grobwurzeln befinden sich in der oberen Setkorenebene, während die Sektoren der unteren Ebenen primär von den Feinwurzeln besetzt sind (Bild 8). Bild 8: Räumliche Sektorenanalyse der Biomasseverteilung der neu gebildeten Wurzeln von Alnus incana (14 J., bewurzeltes Gehölz) und Salix daphnoides (14 J., 4 Bautechnik und Naturgefahren
R. Stangl/W. Zenz/P. Weinbacher · Wurzelsysteme ingenieurbiologischer Bauweisen Wurzelsysteme von Weidenspreitlagen (WSL) Die Wurzelkörper einer 14-jährigen Weidenspreitlage aus Lavendel- und Purpurweide tragen bedeutend zur Stabilisierung der Böschung bei. Die Asteinlagen sind im Oberboden gut verwachsen und fungieren als eigenständige Wurzelkörper, die als Stabilisierungselemente parallel zur Böschungsober fläche liegen. Sie weisen nach dem Einbau ein beträcht liches Dickenwachs tum auf und produzieren damit etwa 80 % der unterirdischen Biomasse (Bild 9 und 10). Die Gesamtbiomasseproduktion der Lavendelweide ist etwa dreimal so hoch wie jene der Purpurweiden. Sie leisten in der Spreitlage den größten Beitrag zur Stabilisierung der Böschung. Die Grob- und Starkwurzeln der Purpurweiden zeigten eine effiziente Tiefener streckung mit beachtlicher Reichweite. Armdicke Vertikalwurzeln der Lavendelweiden stellen eine massive Tiefenver ankerung dar. Der Grobskelettgehalt des Schüttkörpers verhindert jedoch die Ausbreitung der Feinwurzeln in die Tiefe. 5 Diskussion und Ausblick Bild 9: Wurzelbildung aus Asteinlagen einer Weidenspreit- 27% Gesamtbiomasse [%] - 03 Passer 6% oberirdisch Asteinlagen Wurzeln Bild 10: Biomasseverteilung einer 14-jährigen Weidenspreit- Wurzelsysteme von Weidenspreitlagen (WSL) Die Wurzelkörper einer 14-jährigen Weidenspreitlage aus Lavendel- und Purpurweide tragen bedeutend zur Stabilisierung der Böschung bei. Die Asteinlagen sind im Oberboden gut verwachsen und fungieren als eigenständige Wurzelkörper, die als Stabilisierungselemente parallel zur Böschungsober fläche liegen. Sie weisen nach dem Einbau ein beträcht liches Dickenwachs tum auf und produzieren damit etwa 80 % der unter irdischen Biomasse (Bild 9 und 10). Die Gesamtbiomasse produktion der Lavendelweide ist etwa dreimal so hoch wie jene der Purpurweiden. Sie leisten in der Spreitlage den größten Beitrag zur Stabilisierung der Böschung. Die Grob- und Starkwurzeln der Pur- 67% • Gehölzeinlagen, wie sie bei Heckenbuschlagen, Hangrosten und Holzkrainerwänden verwendet werden, bieten vor allem in steilem Gelände eine hervorragende mechanische Armierung. • Die eingelegten Gehölzsprosse, deren Durchmesser im Lauf der Jahre durch Dickenwachstum zunehmen, übernehmen die Rolle einer Hauptwurzel mit zentraler Funktion. • Durch ihre horizontale Position wird eine sehr gute Tiefenbewehrung bis etwa 2 m quer in den Hang hinein erreicht, die das artspezifische Wurzelnetz zusätzlich in ihrer stabili sierenden Wirkung unterstützt. • Durch Wurzelverwachsungen bilden sich beeindruckende Wurzelkollektive, die einen wesentlichen Beitrag zur Erhöhung der unter irdischen Biomasse leisten. • Die Asteinlagen von Weidenspreitlagen fungieren als eigenständige Wurzelkörper mit beacht lichem Dickenwachstum und tiefreichender Vertikalverankerung. Im Sinne der Baustatik ist speziell der Lagenbau ein stabilisierendes Bauwerk, die Sicherheit gegen Kippen und Gleiten kann berechnet werden. Florineth (2004) erwähnt außerdem die Trag fähigkeit durch die Druck- und Zugfestigkeit des Stammes, die Verbundfestigkeit zwischen Pflanze und Boden und die Wirkung der Pflanzen als Zuganker oder Dübel, wobei die zum Herausziehen benötigte Kraft ausschlaggebend ist. Von Schuppener (1994, 2003) wurden ausführliche statische Berechnungen über die Wirkung der eingelegten Weidenäste veröffentlicht. Er prägte den Begriff „Lebend bewehrte Erde“. Für Weidenspreitlagen fasst Gerstgraser (2000) Angaben über maximale Belastbarkeiten inklusive Fußsicherung bis 480 N/m² berechnet als Schleppspannung zusammen. Er weist auf die mantelartige Schutzwirkung der jungen Sprosse, die sich bei Überströmung dachziegel artig übereinander legen, ebenso wie auf jene der Asteinlagen hin. Derzeit herrscht großer Bedarf in der Erforschung der zugrunde liegenden Mechanismen des zunehmenden Dickenwachstums der Asteinlagen und ihrer Wurzelneubildungen sowie der der damit verbundenen Erhöhung der statischen Wirksamkeit. Bautechnik und Naturgefahren 5
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