U of M erforscht die Rolle von Bäumen bei der Regenwasserbewirtschaftung

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Xiating Chen schloss an einem heißen Julimorgen ihren Laptop an eine Datenerfassungsbox an, die sie an einer Esche im Dayton's Bluff Park in St. Paul angebracht hatte, um den Wasserfluss durch den Baum zu messen.

Chen, eine Doktorandin aus China, promoviert in Hydrologie und ihr Dissertationsprojekt ist ein Versuch, die Rolle von Bäumen bei der Regenwasserbewirtschaftung in Partnerstädten besser zu verstehen.

Sie ist Teil einer Kohorte, die mit dem außerordentlichen Professor Xue Feng an der University of Minnesota zusammenarbeitet und Eschen nutzt, die in St. Paul entfernt werden sollen, um die Auswirkungen der Forstwirtschaft auf die Qualität und Quantität des städtischen Regenwassers zu messen.

Nach Angaben des Minnesota Department of Natural Resources ist dies eine wichtige Arbeit in Minnesota, wo der durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe verursachte Klimawandel eine wärmere und feuchtere Umwelt schafft. Die letzten Sommer brachten Dürreperioden mit sich, aber der allgemeine Wettertrend tendiert zu einem feuchteren Minnesota, in dem es häufiger zu großen Stürmen kommt.

Unter Regenwassermanagement versteht man die Untersuchung des Wasserflusses in städtischen Gebieten. Wenn Regen auf undurchlässige Oberflächen wie Gehwege und Gebäude trifft, gelangt er viel schneller in die Kanalisation und in Seen und Flüsse, als dies in einer natürlichen Landschaft der Fall wäre.

Dies kann zu Sturzfluten führen, die schnell umweltschädliche Chemikalien und Nährstoffe in Seen und Flüsse transportieren. Nährstoffe wie Phosphor tragen zu schädlichen Algenblüten bei, die in den Gewässern von Minnesota zunehmend auftreten und die lokalen Regierungen dazu zwingen, Strände im Sommer zu schließen.

Die Arbeit nutzt die derzeitige Massenrodung von Eschen in Minnesota aufgrund des Emerald Ash Borer, einem invasiven Insekt, das die Bäume in ganz Nordamerika tötet.

Eine Herausforderung für Forscher besteht darin, dass es etwa 20 Jahre dauert, bis ein Baum seine Reife erreicht. Indem das U of M-Team die Auswirkungen von Eschen untersucht, die entfernt werden sollen, und diese Gebiete dann vergleicht, nachdem sie verschwunden sind, kann es eine Abkürzung schaffen.

„Wir haben diese seltene Gelegenheit“, sagte John Bilotta, Koordinator des Stormwater Research Council der University of Minnesota, einem universitären Erweiterungsprogramm, das darauf abzielt, die Forschung zu städtischem Regenwasser zu erleichtern und abzuschließen.

Der Forschungsrat und die National Science Foundation finanzieren die Regenwasserforschung der U of M in St. Paul, deren Ziel es ist, die Rolle zu verstehen, die Baumkronen dabei spielen, wie Wasser durch die Stadtlandschaft fließt.

„Im Hinblick auf die Bewirtschaftung von Wassereinzugsgebieten in städtischen Gebieten standen Bäume nicht im Vordergrund und standen nicht im Mittelpunkt“, sagte Feng.

Randy Neprash ist ein Bauingenieur, der als langjähriger Berater der Minnesota Cities Stormwater Coalition fungierte, einem Teil der League of Minnesota Cities, der Kommunalverwaltungen bei der Erfüllung bundesstaatlicher und bundesstaatlicher Regenwasseranforderungen unterstützt. Er sagte, es gebe große Wissenslücken über städtische Wassereinzugsgebiete. Das Gebiet ist relativ neu, da die Städte die meiste Zeit damit verbracht haben, zu lernen, wie man Abwasser aus der Kanalisation entfernt und sauberes Trinkwasser bereitstellt. In den Vereinigten Staaten sei die Studie darüber, wie sich Regenwasser durch bebaute Umgebungen bewegt, erst etwa 30 Jahre alt, sagte Neprash.

„Wir müssen noch unglaublich viel lernen“, sagte Neprash.

In den letzten 15 Jahren hat Napresh daran gearbeitet, Bäume in die Regenwasserbewirtschaftung zu integrieren. Der beste Weg besteht darin, Straßen und Gehwege mit großen unterirdischen Wurzelzonen zu bauen und Regenwasser zu diesen Wurzelzonen zu leiten. Wenn es richtig gemacht wird, bietet es mehr Vorteile als ein herkömmlicher Regengarten, indem es das Wasservolumen reduziert, da die Bäume groß und saugfähig sind, sagte er.

Ein gutes Beispiel ist das Wurzelsystem, das entlang der University Avenue in St. Paul entstand, als vor einem Jahrzehnt die Stadtbahn Green Line gebaut wurde, sagte Napresh. Das Projekt koordinierte mit dem Capitol Region Watershed District den Bau von mehr als acht Kilometern „Baumgräben“ neben den Regenwasserkanälen mit durchlässigen Oberflächen, um Regenwasser in den Boden zu leiten.

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Draußen vor Ort besuchen Chen und seine Forscherkollegin Lucy Rose einmal pro Woche die Parks von St. Paul, sammeln Durchfallproben und führen Messungen aus an Bäumen befestigten Datenboxen durch.

Der Durchfall bzw. das Wasser, das nach dem Durchdringen von Baumblättern (bekannt als Blätterdach) zum Boden gelangt, wird gemessen, indem Rohre aus Polyvinylchlorid (PVC) mit Schlitzen in der Mitte unter dichtem Baumdach verlegt werden. Das Wasser, das in die Rohre gelangt, fließt in Plastikauffangflaschen. Diese Proben werden dann auf Phosphor, Stickstoff und Schadstoffe analysiert.

Anschließend vergleichen die Forscher diese Gebiete mit Orten, an denen der Niederschlag nicht durch Baumkronen gefiltert wird.

Das U of M-Team in St. Paul teilt seine Erkenntnisse mit den Planungs- und Forstbehörden der Stadt und hofft, eine Quelle für bewährte Verfahren zu sein.

„Das große Ganze besteht darin, dass städtische Forstwirtschaft und städtische Wassereinzugsgebietsplanung zusammenkommen“, sagte Chen.

Bäume spielen eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Luftqualität und der Bekämpfung des Hitzeinseleffekts in Städten. Für Gebiete wie Minnesota ist es angesichts des Klimawandels von entscheidender Bedeutung, mehr darüber zu erfahren, wie und wann Bäume zur Unterstützung der Regenwasserbewirtschaftung eingesetzt werden können.

„Wir müssen Bäume als ganzheitliche, naturbasierte Lösung für die Probleme des Klimawandels betrachten“, sagte Feng.

Wenn Bäume jedoch nicht richtig gepflanzt werden, kann der Nutzen mit Belastungen verbunden sein. Bäume, die direkt entlang einer Straße gepflanzt werden und keinen ausreichenden Platz für Wurzelsysteme haben, haben nicht genügend Platz zum Wachsen, und Bäume ohne Puffer zwischen den Straßen führen zu mehr Phosphor und Stickstoff im Regenwasser, das in Seen und Flüsse gelangt. Stadtplaner und Forstbehörden sollten aufmerksam sein, sagte Feng.

Dies gilt insbesondere für Bäume, die große Anstrengungen zur Reinigung der Luft leisten. Im Orchard Park im Stadtteil South Como von St. Paul stehen die Bäume in der Nähe einer schweren Eisenbahnlinie. Der dortige Durchlass weist einen hohen Phosphorgehalt auf, was aus Sicht der Luftfiltration gut, für die Regenwasserfiltration jedoch schlecht ist.

„Der Gesundheitszustand der Bäume variiert je nach Park“, sagte Chen.

Die großflächige Abholzung von Eschen stellt eine große klimatische Herausforderung für die Forstbehörden in Minnesota dar. Es bestehe aber auch die Möglichkeit, diese Bäume auf eine Weise neu zu pflanzen, die der städtischen Umgebung am besten zugute komme, sagte Feng.

Das U of M's Bell Museum verfügt über eine interaktive Ausstellung, die das Regenwasserforschungsprojekt zeigt und bis zum 10. September geöffnet ist.

Es ist Teil des Bell's Solutions Studio, das Arbeiten von Universitätsforschern im Rahmen des Minneapolis-St. Langfristiges ökologisches Forschungsprogramm der Metropolregion Paul. Die Projekte zielen alle darauf ab, ein Verständnis für städtische Umgebungen zu schaffen. Die Projekte befassen sich mit Bestäuberrasen, städtischer Wasserqualität, Mikroplastik in Eichhörnchen und der Gesundheit von Schmetterlingen.

Die Arbeit von außerordentlichem Professor Xue Feng wird durch eine große Magnettafel präsentiert, die Besucher dazu auffordert, den langsamsten Weg für eine Murmel durch ein Ökosystem zu finden. Die Idee besteht darin, den Marmor dazu zu bringen, einen längeren Weg zum Mississippi zu nehmen, indem er durch Bäume und Vegetation, dargestellt durch Blöcke, daran gehindert wird, sich fortzubewegen.

Wo: The Bell Museum, 2088 Larpenteur Ave. W. St. Paul, MN 55113

Wann:Dienstag bis Sonntag, 10–16 Uhr, bis 10. September

Kosten:Erwachsene 15 $, Kinder 12 $, Senioren 13 $, Studenten der University of Minnesota freiFür mehr Informationen:Besuchen Sie https://www.bellmuseum.umn.edu/solution-studio-2023/

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Andrew Hazzard ist Mitarbeiterreporter beim Sahan Journal, der sich auf Fragen des Klimawandels und der Umweltgerechtigkeit konzentriert. Nachdem Andrew seine Karriere bei Tageszeitungen in Mississippi und North Dakota begonnen hatte, ... Mehr von Andrew Hazzard