4. Versuchsmaterial und Untersuchungsmethoden, allgemeines

4.1. Versuchssubstrate

4.1.1. Bestimmung der Nährstoffgehalte der verwendeten Substratarten

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Zur Bestimmung der Nährstoffgehalte der verwendeten Substrattypen wurden monatliche Probenanalysen durchgeführt. Die angegebenen Werte repräsentieren jeweils den Mittelwert aus 5 Messungen. Analysiert wurden die Gehalte an Stickstoff, Phosphor und Kalium. Die Nährstoffe im Extrakt werden entsprechend den in Methodenbuch VDLUFA, Bd.1 genannten Methoden (1991) bestimmt.

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Stickstoff (NO 3 _ N): mit dem Microprocessor pH/mr- Meter „PH 196“ WTW GmbH- Weilheim, Deutschland. Nach dem Sieben der frischen Substratprobe auf <10 mm wurde Lösungs-Extrakt hergestellt. Es wurden 20 g Probenmaterial auf <10 mm Durchgang gesiebt mit 200 ml 0,01 CaCl2-Lösung in Flaschen 2h auf einer Schüttelmaschine extrahiert. Nach der Filtration wird der lösliche Gehalt an Stickstoff als NO3-N mit dem Microprocessor pH/mr gemessen.

Phosphor (P 2 O 5 ): mit dem Spektralphotometer „Spekol 11“, VEB Carl Zeiss Jena, Deutschland.

Kalium (K 2 O): mit dem Flammenphotometer PFP7 „Jenway“ Dunmow, England.

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Die Substratproben wurden auf einen optimalen Wassergehalt eingestellt. Nach Siebung der Originalproben auf <10 mm, ca. 20 g Probenmaterial mit 200 ml Calciumlactat in den Flaschen 2h schütteln. Die löslichen Gehalte an Phosphor und Kalium werden nach Extraktion der frischen Substratproben mit einer durch Salzsäure auf pH 3,6 eingestellten Lösung von Calciumlactat im Verhältnis (1:10) bestimmt. Anschließend filtrieren und im Filtrat Phosphor spektralphotometrisch und Kalium flammenphotometrisch messen.

Salzgehalt (KCl)

Die Salzkonzentration als KCl wurde mit dem Leitwert-Messgerät GMH 3410, Geisinger electronic GmbH Regenstauf, Deutschland bestimmt. Es geschieht nach Extraktion der frischen Substratproben mit destilliertem Wasser Verhältnis (1:10). Die Originalprobe auf einen standardisierten Wassergehalt einstellen, mit dem Sieb auf <10 mm ca. 20 g mit 200 ml Wasser in den Flaschen 2h bei 20 ºC schütteln. Die Leitfähigkeitmessung und Berechnung des Salzgehaltes als Kaliumchlorid aus der Differenz der Leitfähigkeiten der filtrierten Extrakte und der Extraktionslösung bestimmen.

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Der pH-Wert

Die pH-Messung erfolgte mit dem pH-Messgerät von LANGE „ECM2“, GmbH Industriemesstechnik Düsseldorf, Deutschland. Der pH-Wert wird elektrometrisch in einer Suspension der Frischproben in 0,01 molarer Calciumchloridlösung (Verhältnis 1:10) bestimmt. Zu 20 g auf <10 mm gesiebtem Material werden 200 ml 0,01 molare CaCl2-Lösung (Verhältnis1:10) zugegeben. Der pH-Wert in der Suspension wird nach 1h mit dem pH-Messgerät ermittelt.

Ziegelbruchsubstrat

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Das Substrat ist für die extensive Begrünung von Dächern geeignet und wurde durch die Firma Bauder Berlin geliefert. Es enthielt kaum pflanzenverfügbare Nährstoffe. Die Schichtdicke beträgt 4,5 cm. Die Ergebnisse der Substratanalyse sind in der Tab. (2) gezeigt.

Ziegelbruchsubstrat mit 10 % Kompostanteil

Das Ziegelbruchsubstrat wurde hier mit Kompost gemischt. Beim Kompost handelt es sich um eine Mischung mit wenig bis mäßig und stark zersetztem Hochmoortorf und wird auf Wunsch mit sorptionsstarkem Ton angereichert. Der Kompost enthält die für das Pflanzen-wachstum erforderlichen Haupt- und Spurennährstoffe. Das Mischverhältnis Ziegelsubstrat: Kompost betrug 90:10 %. Die Schichtdicke ist mit dem System des Ziegelbruchsubstrats identisch. Von diesem Gemisch wurden eigene Messungen ermittelt (Tab. 2).

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Geotextilmatten

Das Substrat wurde durch das sächsische Institut für Textilien entwickelt. Die Matten (Mobilsystem) sind feststabil und reißen nicht, vor allem weisen sie eine hohe Strapazierfähigkeit, ähnliches Wasservermögen wie die Mineralwollmatten auf (HENZE 2003). Die Substratschichtdicke beträgt ca. 3 cm. Die Wasserhaltekapazität liegt bei 23 l/m² (SIEMSEN 2003). Die Nährstoffgehalte sind in der Tab. (2) enthalten.

Mineralwollmatten

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Die Matten wurden durch die Firma Strotthof und Behrends Berlin hergestellt. Die Schichtdicke beträgt 2 cm. Angaben über Substrateigenschaften sind in der Tab. (2) enthalten.

Tab. 2: Laboranalysenwerte der verwendeten Substrattypen

Substrate

Untersuchungsparameter

Mittelwerte

Ziegelbruchsubstrat

Stickstoff (NO3-N)

13,49 mg/kg

Phosphor (P2O5)

42,72 mg/100g

Kalium (K2O)

21,87 mg/100g

Salz (KCl)

217 mg/100g

pH-Wert

6,92

Ziegelbruchsubstrat mit 10 % Kompostanteil

Stickstoff (NO3-N)

0,425 mg/100g

Phosphor (P2O5)

0,07 g/l

Kalium (K2O)

0,13 g/l

Salz (KCl)

0,41g/1

pH-Wert

6,05

Geotextilmatten

Stickstoff (NO3-N)

8,51 mg/l

Phosphor (P2O5)

5,9 mg/1

Kalium (K2O)

126,63 mg/1

Salz (KCl)

4,28 g/l

pH-Wert

7,97

Mineralwollmatten

Stickstoff (NO3-N)

3,57 mg/l

Phosphor (P2O5)

43,94 mg/1

Kalium (K2O)

420,6 mg/1

Salz (KCl)

4,55 g/l

pH-Wert

7,96

Da alle Substrattypen der Sedumvegetation kaum verfügbare Nährstoffe bieten, musste mit einer zusätzlichen Düngegabe gerechnet werden.

4.1.2. Bestimmung der physikalischen Substratbeschaffenheiten

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Neben Nährstoffgehalten können auch physikalische Substrateigenschaften für den Erfolg eines Naturierungs- Verfahrens entscheidend sein. Besonders hoch sind die Anforderung an solche physikalischen Eigenschaften des Substrates wie Struktur, Temperatur und Feuchte (TAPIA SILVA 2002). Es wird davon nicht nur die Bewurzelungsqualität maßgeblich beeinflusst, sondern auch das Wachstum und Aktivitätsentfaltung der eingebrachten Bakterien (ZÜLLICH 1995, KILIAN et al. 1998).

Zur Bestimmung der physikalischen Eigenschaften der verwendeten Substrattypen wurde ein Test vorgenommen. Die Testergebnisse bezüglich von Feuchtigkeit und Temperatur werden im Anhang an dieser Arbeit tabellarisch dargestellt.

Anhand von diesen Ergebnissen konnte inzwischen festgestellt werden, dass die höchsten Temperaturwerte im Sommer in Geotextilmatten und Mineralwollmatten abgelesen wurden, im Vergleich zu den niedrigeren Werten im voluminösen Ziegelbruchsubstrat.

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Im Gegensatz dazu wurden die höchsten Temperaturwerte in Ziegelbruchsubstrat im Winter ermittelt. Dann kamen Geotextilmatten an zweiter Stelle, währenddessen waren die niedrigen Werte in Ziegelkompostsubstrat registriert worden.

Zur Bestimmung der Substratfeuchte wurden Gewichtsverluste an Feuchte in den jeweiligen Substratarten zwischen frühmorgens und nachmittags gemessen. Es ergaben sich daraus erst bei Mineralwollmatten, dann bei Geotextilmatten, größte Gewichtsverluste. Demgegenüber blieb der Gewichtsverlust beim Ziegelbruchsubstrat relativ geringer, zumal das letztgenannte Substrat durch die Stabilität seiner groben Struktur in der Lage ist, die Feuchtigkeit gut, im Unterschied zu Mineralwollmatten und Geotextilmatten zu leiten und zu halten.

4.2. Naturierungsverfahren

In den Untersuchungen zu Auswirkungen der Bakterienbehandlungen auf das Pflanzenwachstum wurden einheitlich Sprosse der Art Sedum album L. eingesetzt, die ursprünglich vom Gelände der Humboldt-Universität zu Berlin (Malchow) stammen, dann in 4 cm lange Sprossteile geschnitten und mittels Nassansaat auf die Substratoberfläche aufgetragen wurden. Abweichend davon kamen lediglich bei dem Münchener Versuch verschiedene Sedum-Arten zur Erprobung.

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Um das Risiko der Verwehung von Sedumsprossen zu vermindern, erfolgte die Naturierung als Nassansaat unter Verwendung eines flüssigen Klebemittels aus kombinierten Materialien, wie Strohhäcksel, Baumwollmulch und Kleber. Dadurch wird die Vegetationsschicht verankert und die Begrünung hält problemlos stand (LIESECKE et al. 1989, BREUNING 1996). Dank der Mulchschicht werden gegebenenfalls gute Bedingungen für die Vegetationsentwicklung geschaffen. Da die verwendeten Substratarten nährstoffarm waren, wurde der Anspritzmasse auch eine Düngung mit Basacote- Mineraldünger beigegeben. Die Anspritzmasse setzt sich aus folgenden Materialien zusammen (vgl. Tab. 3).

Tab. 3: Bestandteile der verwendeten Anspritzmasse

Materialien

g/m2

Strohfaserhäcksel

110

Baumwollmulch

70

Kleber

10

Sedumsprosse

100

Mineraldünger

[Basacote Plus 6M. 16+8+12(+2)]

50

Für die Effektivitätsprüfung wurden Nutzbakterien Bacillus subtilis und Lactobacillus verwendet. Es wurde freundlicherweise von der FZB Biotechnik GmbH (Berlin) das Produkt Bacillus subtilis FZB 24® zur Verfügung gestellt. Es war als Granulat formuliert und hatte eine Keimdichte von 51010 cfu/ml.

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Das Bakterium von Lactobacillus und das Nährsubstrat wurden durch die Firma Dr. Felgenträger & Co u. A.&F. Hygiene GmbH (Bitterfeld) geliefert. Beide Stoffe befinden sich in einem flüssigen Zustand. Das Nährsubstrat war als Rückstand der alkoholischen Gärung bekannt und hatte kommerziell den Namen Vinasse. Es wurde als Bodenhilfsmittel angewandt. Die Auftragmengen werden in der folgenden Tab. 4 angegeben.

Tab. 4: Einsatzmengen von Bakterien und Nährsubstrat

 

Behandlungsform

Einsatzmenge /m²

Einsatzmenge /Parz.

Bacillus subtilis

2 l Wasser/m²

0,8 g /m²

0,8 g

Lactobacillus sp.

2 l Wasser/m²

50 ml/m²

50 ml

Nährsubstrat

2 l Wasser/m²

50 ml/m²

50 ml

4.3. Erfassung von Klimadaten

Die Messung der Klimadaten erfolgte in der Wetter-Station Berlin-Dahlem. Der Standort Berlin-Dahlem gehört zum Raum Berlin-Stadtrand. Dieser Ort liegt etwa 51 m über dem Meeresspiegel. Im Versuchszeitraum von Mai 03 bis zum Ende April 04 wurden Tageswerte (Lufttemperatur, Luftfeuchte, Sonnenscheinstunden, Windrichtung und -Geschwindigkeit) bzw. Monatssummen der Niederschläge ermittelt. Dabei wurdenfolgendeEinflussfaktorenals Mittelwerte erfasst:

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4.4. Allgemeine Vorgehensweise

Die Untersuchungen im Freiland wurden einerseits auf einer planierten Ackerfläche in 14195 Berlin-Dahlem, Thaerweg, angelegt und andererseits in der Agnes-Bernauer Straße in München unter Gleisbettbedingungen durchgeführt. Es wurden bei den Einzelversuchen spezielle Methoden angewandt, wie in den jeweiligen Abschnitten gesondert aufgeführt. Die Vorgehensweise mit den Versuchsobjekten war insgesamt gleich.

4.4.1. Versuchsdurchführung

Bei der Anspritz-Naturierung wird ein Sprossengemisch mit einer wässrigen, mit Kleber versehenen Lösung zu einer homogenen Mischung aufbereitet und mittels Spritzaggregat als Nassansaat auf die Gleisbettoberfläche aufgetragen. Um einen homogenen Auftrag der Anspritzmasse zu erreichen, werden die Bestandteile der Anspritzmasse, wie Strohhäcksel und Baumwollmulch, in stark zerkleinerter Form eingesetzt.

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Die Behandlungen mit Bacillus subtilis, Lactobacillus Nährsubstrat erfolgten in Form einer Gießapplikation. Bei der Behandlung der Pflanzen mit Sporensuspensionen von Bacillus subtilis hat sich die Applikation direkt durch Gießen auf das Substrat bereits bewährt, weil dadurch eine optimale Bewurzelung der Pflanzen zu erreichen ist (PLIETZSCH 1996). Da Bacillus subtilis resistente Dauersporen bildet, war es unbedingt wichtig, die im Wasser aufgelösten Sporensuspensionen einer Wärmebehandlung bei 60 °C zu unterziehen, um die Sporen zur Keimung anzuregen bzw. zu aktivieren.

Für die zu prüfenden Laktobazillen wurde am 15.05.03 unter sterilen Bedingungen im Labor ein Vitalitätstest durchgeführt. Zunächst wurde die Konzentration der Originalprobe nach kurzem Schütteln mit destilliertem Wasser bzw. Puffer reduziert, so dass vier Konzentrationen bereitgestellt worden waren: Konzentrationen von 10-1,10-2,10-3 und 10-4.

Nach der Homogenisierung der Proben und dem Anlegen einer dezimalen Verdünnungsreihe wurden auf die Standard-I-Agarplatten im Oberflächenspatel-Verfahren mit Hilfe des Drigolski Spatels das jeweilige Agar-Nährmedium aufplattiert. Die beimpften Platten wurden anschließend im Brutschrank inkubiert.

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Die Gesamtkeimzahl der Proben wurde nach diesem Oberflächenkulturverfahren bzw. Tropf-verfahren auf Standard-I-Agar bei 25 °C nach 4-5 Tagen Bebrütung ermittelt. Die Prüfung der Vitalität von Lactobacillus wurde nach der Bebrütung bestätigt, dabei konnten ca. 50 ausgewachsene Kolonien im reduzierten Konzentrat 10-4 ausgezählt werden. Nach der Vitalitätsprüfung von Laktobazillen kamen sie dann zum Einsatz.

Im Unterschied zu den B. subtilis- Sporensuspensionen war für die zu testenden Lactobacillus und Nährsubstrat eine Wärmebehandlung nicht nötig. Hier reicht es jeweils 50 ml von der Flüssigkeit mit einem Liter Leitungswasser zu vermischen. Die daraus entstehende homogene Lösung ist dann einsatzbereit. Die Kontrolle wurde in analoger Weise nur mit Leitungswasser behandelt.

Bei den Untersuchungen zu Einzel- und Kombinationswirkungen von Bakterien und dem Nährsubstrat auf das Pflanzenwachstum war es wichtig, zwischen zwei Applikationsterminen zu unterscheiden. Zunächst waren zum ersten Termin sofortige Behandlungen und dann die Behandlungen nach 2 Wochen als zweiter Termin geplant. Die sofortigen Behandlungen umfassten:

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Erstens die Einzelapplikation (a1: erste Behandlung) wie z. B. die Behandlung mit Bacillus subtilis, die Behandlung mit Lactobacillus und

Zweitens die kombinierte Applikation (a3: dritte Behandlung ) wie z. B. Behandlung von Bacillus subtilis mit dem Nährsubstrat und die Behandlung von Lactobacillus mit dem Nährsubstrat. Als unbehandelte Kontrolle dienten eine Wasserbehandlung und eine Behandlung mit dem Nährsubstrat.

Währenddessen beschränkte sich die Einzelapplikation nach 2 Wochen (a2: zweite Behandlung) nur auf die Behandlung mit Bacillus subtilis und die Behandlung mit Lactobacillus. Eine Wasserbehandlung diente als unbehandelte Kontrolle.

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Alle hier erwähnten Behandlungen wurden nach einem Monat nochmals und zeitgleich wiederholt, jedoch ohne Rücksichtnahme auf die zeitlichen Differenzen.

Die Bezeichnung b1 bezog sich auf Bacillus subtilis, während sich b2 auf das Lactobacillus bezog. Einen Überblick über die Behandlungsvarianten vermittelt die Abb. (3).

Im folgenden Text drückt die Bezeichnung C den Faktor des Substrats aus, wobei das Ziegelbruchsubstrat als C1, die Geotextilmatten als C2, die Mineralwollmatten als C3 und für die Mischung aus Ziegelbruchsubstrat mit Kompost als C4 benannt werden.

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In unseren Feldversuchen war die Versuchsfläche in drei gleichgroße Blöcke geteilt, auf denen sich jeweils die Parzellen befanden. Es wurden drei Wiederholungen je Variante angelegt. Der Einfluss der Applikation von Bakterien und Nährsubstrat auf das Pflanzenwachstum wurde anschließend durch die Ermittlung von Boniturdaten festgestellt.

Abb. 3: Räumliche Anordnung des Versuches (2003)

4.4.2. Bestimmung von Pflanzenwachstumsparametern

Anhand von Wachstumsparametern der Pflanzen wie, z. B. Sprosslängen, Sprossdurchmesser, Triebanzahl, Sprosshöhen, die Blütenanzahl, die Anzahl der Pflanzenausfälle, Wurzel-anzahlen sowie Wurzellängen und der Bedeckungsgrad erfolgte die Effektivitätsprüfung der inokulierten Mikroorganismen. Zudem wurden jeweils 7 Pflanzen je Wiederholung gemessen.

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Sprosslängen

Zur Ermittlung der Sprosslängen wurde die ganze gespannte Pflanze von der Sprossbasis bis zur Sprossspitze gemessen.

Sprossdurchmesser

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Sprossdurchmesser wurden als Querabstand (Sprossprofil) zwischen Sprossbasis und Sprossende gemessen.

Sprosshöhen

Zur Bestimmung der Sprosshöhen wurde der oberirdische Abstand senkrecht zwischen der Sprossspitze und Substratoberfläche gemessen.

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Triebanzahlen

Es wurde auch die Anzahl der gebildeten Seitentriebe je Pflanze gezählt.

Wurzelanzahlen und Wurzellängen

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Ebenfalls wurden die Wurzeln gezählt bzw. deren Länge gemessen.

Die Blütenanzahlen und die Anzahl von Ausfällen bei Geotextilmatten wurden insgesamt durch Auszählen als Summe ermittelt.

Fotografische Dokumentation

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Zur Erfassung des Bedeckungsgrades während des gesamten Versuchsverlaufes erfolgten fotografische Aufnahmen unter natürlichem Tageslicht. Diese wurde anschießend mit Hilfe des Computerprogramms (Sigma Scan Pro5) ausgewertet. Jede Parzelle wurde von oben 1,5 m senkrecht fotografiert. Als Hilfsmittel dazu diente ein Holzrahmen. Der Rahmen wurde 15 cm vom Rand angesetzt. Diese so festgelegte Stelle wurde jeweils fotografiert.

4.5. Statistische Auswertung

Die varianzanalytische Auswertung der Daten wurde mit dem Computer-Statistikprogramm SPSS für Windows (Version 10) durchgeführt. Die Messdaten wurden einfaktoriell und zweifaktoriell varianzanalytisch mit einer Irrtumswahrscheinlichkeit von 5 % verrechnet. Multiple Mittelwertvergleiche erfolgten nach dem Tukey-Test mit einem Signifikanzniveau von 5 %. Jeder Behandlungsvariante entsprachen drei Wiederholungen. Die signifikanten Unterschiede zwischen den Behandlungsvarianten sind in den Tabellen durch unterschiedliche Kleinbuchstaben gekennzeichnet.


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06.06.2005