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Artikel

Autor(en): Frank Graf
Redaktion: WSL, Schweiz
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Bodenstabilität: Wenn Steinpilz, Eierschwamm & Co. mit Pflanzen gemeinsame Sache machen

Die letzten 10 Jahre brachten der Schweiz überdurchschnittlich viele Unwetterereignisse mit mehreren Todesopfern und Sachschäden in Milliardenhöhe. Enorme Wolkenbrüche verwandelten Bäche innert Minuten in tobende Fluten und brachten Hänge ins Rutschen. Schlamm, Steine, Felsbrocken, ganze Bäume wurden ins Tal gerissen und überschwemmten Dörfer, Kulturland und Verkehrswege. Nach solchen Katastrophen ist die Gefahr jedoch nicht gebannt. Die entstandenen Bodenwunden bergen das Potential für ein nächstes Unglück.

Früher hätten die Ingenieure bei der Stabilisierung solch "angeschlagener" Hänge auf Beton und Stahl gesetzt. Wer einen Hang so sichern will, muss ihn fast vollständig verbauen, um den notwendigen flächenhaften Schutz zu erreichen. Entsprechend massiv ist der Eingriff in die Natur und ins Landschaftsbild, entsprechend hoch sind die Kosten.

Der Lebendverbau setzt für den flächenhaften Schutz auf die Natur, vor allem auf Pflanzen. Sie sollen die Erde verweben und Hänge stabilisieren (Abb. 1).

Pflanzen und Pilze als Bodenstabilisatoren

Pflanzen verfügen über eine einmalige Kombination von Funktionen zur Stabilisierung und Sicherung von Rutschhängen: Mit dem oberirdischen Teil bedecken sie den Boden. Ast- und Blattwerk vermindern die Aufprallenergie des Niederschlags und somit die Oberflächenerosion. Mit dem Wurzelwerk verstreben sie das Bodenmaterial und entziehen ihm Wasser. So vermindern sie die Gefahr von Vernässung und Rutschungen. Aber das Ganze hat einen Haken: Damit die Pflanzen diese Aufgaben erfüllen können, müssen sie wachsen - unter den feindlichen Boden- und Geländebedingungen auf Rutschhängen, alles andere als eine Selbstverständlichkeit (Abb. 1a).

     
Erosions- und Rutschungsgebiet Dallenwil-Wirzweli (NW) 1982 Erosions- und Rutschungsgebiet Dallenwil-Wirzweli (NW) 2007  
Abb. 1- a) Erosions- und Rutschungsgebiet Dallenwil-Wirzweli (NW) in unverbautem Zustand.
Abb. 1- b) Gebiet 25 Jahre nach den im Jahre 1982 durchgeführten kombiniert technisch-biologischen Stabilisierungsmassnahmen.  
 
Fotos: Werner Gerber und Frank Graf (WSL)  
     

Nun, die Lösung liegt auf dem Teller: Steinpilz, Eierschwamm & Co - wer kennt sie nicht als Delikatessen? Dass fast alle Pflanzen mit Pilzen eine enge Partnerschaft eingehen, dürfte hingegen weniger bekannt sein. Steinpilz, Eierschwamm und Fliegenpilz sind nur drei prominente Vertreter vieler anderer Arten, die in einer Wurzelsymbiose (Mykorrhiza) mit Pflanzen zusammenleben. Während die Pflanze den Pilz über die Photosynthese mit Zucker versorgt, hilft der Pilz der Pflanze - wie ein Gärtner - in erster Linie bei der Wasser- und Nährstoffaufnahme (Abb. 2). Er besiedelt die Feinwurzeln seiner Wirtspflanze und durchdringt mit unzähligen feinen Fäden (Hyphen) den Bodenkörper. Der Durchmesser dieser Hyphen (2-5 µm) ist um ein Vielfaches kleiner als der von Wurzeln. Pilze erreichen so viel mehr Wasser- und Nährstoffreserven, und die Aufnahmefläche der Pflanzenwurzel vervielfacht sich dadurch bis zu fünfzigmal. Die Folge: Pflanze und vor allem ihre Wurzeln wachsen besser und schneller (Abb. 3).

Seit kurzem weiss man, dass die Pilzpartner nicht nur indirekt über das verbesserte Pflanzenwachstum, sondern auch direkt als Baumeister stabiler Bodenaggregate für die Bodenentwicklung und -stabilität eine wichtige Rolle spielen. Mit ihren grossräumigen Hyphennetzwerken umgarnen sie kleinste Bodenpartikel, formen Mikro- und Makroaggregate, welche sie - wie ein Maurer - mit "Kittsubstanzen" zusätzlich zementieren (Abb. 2). Neben der mechanischen Festigkeit, dienen diese Bausteine gleichzeitig der Wasser- und Nährstoffspeicherung. Denn nur wenn stabile Bodenaggregate und Poren vorhanden sind, werden Wasser und Nährstoffe im Boden zurückgehalten (Abb. 4).

Mykorrhizapilze beeinflussen auch die Diversität und Entwicklung von Pflanzengemeinschaften, was zusätzlich zur Schutzwirkung der Vegetation beiträgt. Ein intaktes "Mykorrhizafundament" gehört deshalb zur Voraussetzung für die langfristig erfolgreiche Stabilisierung von Erosions- und Rutschhängen (Abb. 1b). Da der natürliche Vorrat an Mykorrhizapilzen durch Unwetterereignisse stark reduziert wird, müssen geeignete Symbiosepilze zugegeben werden. Wie bei den Pflanzen, ist bei der Auswahl der Pilze darauf zu achten, dass standortgerechte Arten verwendet werden.

Für die Ingenieure stellt sich noch ein weiteres Problem: Sie müssen die Wirkungen der Pflanzen genau berechnen können. Nur dann eignen sich die naturnahen Methoden für den Einsatz im Alltag. Wir entwickeln deshalb zurzeit ein neues Modell für die Berechnung der Hangstabilität. Die "Gärtner-Maurer-Funktionen" bilden dazu die Grundlage. Damit werden Wurzeln und Pilze auch rechnerisch zu ebenbürtigen Partnern von Holz, Beton und Stahl.

Zeichnung Wurzelsymbiosepilze
Abb. 2 - Die Wurzelsymbiosepilze (Mykorrhizapilze) von Pflanzen verkitten mit ihrer "Maurerfunktion" lose Bodenpartikel zu stabilen Bodenstrukturen und verhelfen dank der "Gärtnerfunktion" ihren Pflanzenpartnern zu besserem und schnellerem Wachstum.

Zeichnungen: V. Graf
 
Grafik Wurzellänge Grafik Bodenstabilität  
Abb. 3 - Bewurzelung von unbehandelten und mykorrhizierten Weisserlenpflänzchen (Alnus incana). Nach einer sechsmonatigen Wachstumsphase besitzen mykorrhizierte Pflanzen ein ca. dreimal längeres Wurzelwerk. Abb. 4 - Aggregatstabilität in Abhängigkeit des Trockenraumgewichtes (Bodendichte) von unbehandeltem, bepflanztem und mykorrhiziertem Bodenmaterial. Nach sechsmonatiger Wachstumsphase resultiert in einem mittleren Bereich von 15.5 kN/m3 eine Verdreifachung der Stabilität von unbehandelt zu bepflanzt zu mykorrhiziert.  
     

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