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Pflanzenwirkungen zum Schutz vor flachgründigen Rutschungen

Graf, F.; Bebi, P.; Braschler, U.; De Cesare, G.; Frei, M.; Greminger, P.; Grunder, K.; Hählen, N.; Rickli, C.; Rixen, C.; Sandri, A.; Springman, S.M.; Thormann, J.-J.; von Albertini, N.; Yildiz, A.,
2017:

Pflanzenwirkungen zum Schutz vor flachgründigen Rutschungen.
WSL Ber.
56:
42 S.
Zusammenfassung
Im Fokus unseres Projekts SOSTANAH (Soil Stability and Natural Hazards), welches im Rahmen des Nationalen Forschungsprogramms «Nachhaltige Nutzung der Ressource Boden» (NFP 68) durchgeführt wurde, standen biologische Massnahmen zum Schutz vor flachgründigen Rutschungen. Ziel war es, Wirkungen von Pflanzen, insbesondere von Wäldern, auf die Hangstabilität sowie begleitende Effekte von Symbiosepilzen (Mykorrhiza) möglichst zuverlässig zu quantifizieren. Dazu wurden Aspekte der Bodenmechanik, Vegetation sowie der Waldbewirtschaftung und Landnutzung berücksichtigt und der praxistauglichen Umsetzung der Resultate grosse Aufmerksamkeit geschenkt.
Um der biologischen Stabilisierung des Bodens allgemein und den Wurzelwirkungen im Besonderen angemessen Rechnung tragen zu können, wurden Direktscherversuche durchgeführt. Neben den hauptsächlichen bodenmechanischen Kenngrössen für Hangstabilität, den Scherparametern Reibungswinkel (F‘) und Kohäsion (c‘), hat sich die Dilatanz (C) als weiterer wichtiger Parameter erwiesen. Dilatanz bezeichnet die Eigenschaft eines Bodenmaterials, sein Volumen unter Einwirkung von Scherkräften durch Auflockerung zu vergrössern. Basierend auf dem mittleren Durchwurzelungswert aus den Direktscherversuchen, wurden Sicherheitsberechnungen gegen Abgleiten durchgeführt. Diese zeigen, dass unter solchen für gut strukturierte Wälder realistischen Annahmen der Durchwurzelung sowie einer Tiefe des Gleithorizonts von 1 m ein Hang auch dann stabil ist, wenn sein Neigungswinkel a um 5° steiler ist als der Reibungswinkel F‘ des Bodenmaterials. Die Analyse von über 200 Waldrutschungen ergab eine mittlere Lage des Gleithorizontes in κ̄ = 1,3 m Tiefe (Median: κ̃ = 1,1 m).
Weiter hat sich gezeigt, dass die Waldstruktur die Anfälligkeit von flachgründigen Rutschungen stark beeinflusst und mit Hilfe einer geeigneten, kleinflächigen Bestandespflege die Schutzfunktion massgebend verbessert werden kann. Rutschungen wurden vor allem in Waldlücken mit einer Länge von über 20 m in der Falllinie ausgelöst. Bei grösseren Lückenlängen erwies sich vorab die Hangneigung als entscheidend.
Von 218 Waldrutschungen konnten mit der Anwendung eines 3-stufigen Ausscheidungsverfahrens (3-Stufen-Filter) mehr als 95 Prozent erklärt werden. Der seriell angewendete Filter berücksichtigt Aspekte der Bodenmechanik (Scherparameter, Hangneigung), Vegetation (Kriterien für optimalen Schutz vor flachgründigen Rutschungen, in Einklang mit Empfehlungen nach NaiS: Nachhaltigkeit im Schutzwald) und Topographie.
Wälder mit ausreichender ober- und unterirdischer Vielfalt bezüglich Arten, Alter, horizontaler und vertikaler Struktur, Baumartenmischung sowie Durchwurzelung und Wurzelarchitektur zeigten das höchste Schutzpotenzial. Intensive landwirtschaftliche Nutzung, die zu Bodenverdichtung und zusätzlichem Nährstoffeintrag führt, reduziert einerseits die Vielfalt von Pflanzen und Mykorrhizapilzen. Andererseits wird auch die Wurzelverstärkung beeinträchtigt sowie weitere, durch die Wurzeln beeinflusste Stabilisierungseffekte, was eine Verminderung der Hangstabilität bewirkt.
Anhand von Untersuchungen ingenieurbiologischer Massnahmen sowie in Laborversuchen konnte nachgewiesen werden, dass Mykorrhizapilze Wachstum, Entwicklung und Überleben ihrer Wirtspflanzen fördern, die Festigkeit von Bodenaggregaten erhöhen und so ebenfalls zur Stabilisierung von Hängen beitragen.
Im Fallbeispiel von Sachseln 1997 konnte gezeigt werden, dass in Abhängigkeit der Preisgrundlage die Kosten für eine optimale Waldschutzpflege im Hinblick auf den Schutz vor flachgründigen Rutschungen im Vergleich zum Schadenpotential des 100-jährigen Ereignisses nur zwischen 10 und 25 Prozent betragen.
Die Bedeutung unserer Resultate und Erkenntnisse ist für Praxis und Forschung dargelegt und in ersten Empfehlungen formuliert und vorgestellt.
Schlüsselwörter: Hangstabilität, Rutschung, retrospektive Analyse, Waldstruktur, Waldpflege, Ingenieurbiologie, Mykorrhiza, 3D-Diversität