Grågröna systemlösningar för hållbara städer Långsiktiga effekter av skelettjord i Sundsvall Program: Vinnova Utmaningsdriven innovation Hållbara attraktiva städer Diarienummer: 2012 01271 Datum: 2015-03-16 Rapportansvarig: Frida Andreasson, Ann-Mari Fransson (SLU), Cecilia Andersson och Jan Eriksson, (Sundsvall kommun) 1
1 Förord Föreliggande rapport är en del av projektet Grågröna systemlösningar för hållbara städer, ett tvärvetenskapligt samarbetsprojekt mellan; Betonginstitutet (CBI Projektkoordinator), Institutet för jordbruks- och miljöteknik (JTI), Statens Väg- och transportforskningsinstitut (VTI), Sveriges lantbruksuniversitet (SLU), Sveriges Tekniska Forskningsinstitut (SP), STEN Sveriges Stenindustriförbund, MinBaS, Benders, Cementa, Hasselfors Garden, NCC, Pipelife, Starka, Malmö Stad, Stockholm Stad Trafikkontoret, Växjö Kommun, Movium (SLU), CEC Design, StormTac, Sweco, Thorbjörn Andersson Landskapsarkitekt och VIÖS. Projektet bedrivs inom ramen för Vinnovas program Gränsöverskridande samverkan och inriktningen Utmaningsdriven innovation och delfinansieras av Vinnova. Resultaten från projektet publiceras på projektets webbplats www.greenurbansystems.eu 2
2 Sammanfattning Många faktorer påverkar träd som växer i urban miljö. I denna för träd ofta extrema miljö, speciellt i hårdgjorda ytor, ska dem överleva och frodas. Marken är ofta kompakterad och det är brist på syre, vatten och näring, vilka är livsnödvändiga för träden. På grund av den hårdgjorda ytan sker heller ingen ny tillförsel av organiskt material. För att förbättra förutsättningarna för trädens tillväxt och vitalitet kan man använda sig av skelettjord. I princip består en skelettjord av en större bärande fraktion av skärv (skelett) där man i hålrummen mellan den större fraktionen tillför ett substrat av växtjord. Skelettjorden ökar volymen där trädens rötter kan växa och ger rötterna bättre tillgång på syre, vatten och näring. År 1997 planterade Sundsvall stad Tilia cordata Erecta längsmed Köpmansgatan. En del av dessa lindar planterades i en grop med växtjord och en del planterades med tillgång 3m 3 skelettjord. I denna studie jämför vi storlek och vitalitet hos dessa lindar planterade med och utan skelettjord 17 år efter plantering. Efter dessa 17 år är lindarna som växt med tillgång på skelettjord något större i omkrets, högre samt har en högre, tätare och breddare kronan än lindarna som växt i traditionell planteringsgrop med växtjord. Slutsatsen är att skelettjord ger bättre levnadsförutsättningar för träd i stadsmiljö. Även med en begränsad tillgång på skelettjord, 3m 3, har lindarna i Sundvall högre tillväxt och vitalitet i skelettjord än i traditionell jord. 2.1 Summary Trees in urban areas need to live and thrive in an extreme environment. The soils where the trees grow are often compacted and the water, nutrient and oxygen resources are limited. In many cases the soil is covered with a hard surface and organic input to the soil therefore is limited. Constructed structural soils are often used to improve the condition for the urban trees. These soils are constructed with a fraction of macadam which is a load bearing structure of the soil. The cavities are then filed with a planting substrate. The constructed soil increase the soil volume for the tree roots and improve the water, nutrient and oxygen conditions for the tree. In 1997 Tilia cordata Erecta was planted long Köpmansgatan in Sundsvall. One part of these linden trees was planted in a traditional soil pit with planting substrate and the other part was planted with access to 3m 3 of structural soil. In this study we compare size and vitality of these trees 17 years after planting. After 17 years are the trees growing with access to structural soil larger in circumference and higher as well as they has a higher, broader and denser crown than the linden trees in the planting substrate. In conclusion structural soils provide better life conditions for trees in urban areas, even with a limited access to structural soil of 3m 3. 3
3 Innehållsförteckning Grågröna systemlösningar för hållbara städer... 1... 1 Långsiktiga effekter av skelettjord i Sundsvall... 1 1 Förord... 2 2 Sammanfattning... 3 2.1 Summary... 3 3 Innehållsförteckning... 4 4 Växtbäddar i urbana system... 5 4.1 Problem med ståndorten... 5 5 Skelettjord... 5 5.1 Användning... 5 5.2 Systemets uppbyggnad... 6 5.2.1 Stödjande struktur... 6 5.3 Olika typer av skelettjordar... 6 5.3.1 Cornell... 6 5.3.2 Göteborg... 6 5.3.3 Amsterdam... 7 5.3.4 Stockholm... 7 6 Sundsvall - skelettjord vs. traditionell växtjord... 8 6.1 Material och utförande... 8 6.1.1 Lokalen och behandlingar... 8 6.1.2 Mätningar... 8 6.2 Resultat... 10 6.2.1 Tillväxt... 10 6.2.2 Krontäthet och bladyteindex (LAI)... 11 6.3 Diskussion... 11 7 Slutsats... 11 8 Referenser... 11 4
4 Växtbäddar i urbana system 4.1 Problem med ståndorten De flesta urbana jordar är oftast kompakterade både uppsåtligen eller genom användning vilket leder till att jorddensiteten är hög i urbana jordar och detta begränsar rottillväxten (Jim 1993). Kompakteringen minskar markens porositet, förändrar jordens förmåga att aggregera och ökar därigenom tätheten i marken (Kozlowski 1999). En hög bulkdensitet minskar jordens kapacitet att lagra vattnen och luft (Archer och Smith 1972). I en komprimerad jord försvåras alltså både syretillgängligheten, som är avgörande för rotandningen, och bortförsel av koldioxid. Det är väl känt att syre är helt avgörande för rottillväxten (Bennett 1904), och hypoxi, syrebrist, orsakar att rötter dör (Stepniewski et al. 1991). Vattnets betydelse för levande organismer är odiskutabel och växter tar upp vatten från marken. I mark är vattnet också viktigt för att lösa de näringsämnen som växten behöver för att ta upp. Markfuktigheten i urbana jordar är i allmänhet lägre än i mer naturliga jordar. Detta beror delvis på allmänt lägre vattentillgänglighet på grund av hög avdunstning, den låga mängden organiskt material, mer eller mindre ogenomträngligt marktäcke (Burghardt 1994), den höga jordkompakteringen i den urbana jordar (Archer and Smith 1972), och avsiktlig och oavsiktlig dränering av städernas mark orsakad av den underjordiska infrastrukturen. För hög temperatur orsakar skador på vissa enzymer som finns i växten. En hög lufttemperatur gör alltså att trädens behov att kyla sig ökar, detta sker genom att de vatten, transpirerar, genom klyvöppningarna. En hög jordtemperatur gör även att vattenavdunstningen från markytan blir stor vilket kan leda till en hög luftfuktighet. Drivkraften i vattenupptaget, vattenpotentialen i atmosfären, sjunker om luftfuktigheten är större vilket gör vattentransporten upp i träden långsammare. Hög marktemperatur gynnar också den mikrobiella nedbrytningen av organsikt material, detta leder till sämre jordstruktur, lägre vattenhållande kapacitet, och att syret som finns i jorden förbrukas. Urbana jordar är kända för att vara av mycket varierande näringsmässig kvalitet (Pavao-Zuckerman 2008)(Schleuß et al. 1998), och kan stödja trädens tillväxt i olika grad, tillgången på näringsämnen kan vara begränsad på grund av att de har tillgång till en liten mängd jord eller jord av dålig kvalitet. I högt trafikerade områden kan möjligen tillgången på atmosfäriskt växttillgängligt kväve och kväve upptag via bladytan ge ett tillskott till växternas kväveförsörjning. Brister på andra näringsämnen kan teoretiskt uppstå på samma sätt som kvävenedfallet över Sverige börjar orsaka brister på andra näringsämnen främst fosfor. 5 Skelettjord 5.1 Användning Skelettjordar används där man behöver ha en konstruktion som är bärande för ytmaterialet och förhindrar kompaktering av jorden runt rötterna på växterna eller där man av andra anledningar inte 5
kan ha en mer naturlig jord. Den mest förekommande användningen är vid trädplanteringar i hårdgjorda ytor och i ytor som beräknas ha ett stort slitage. 5.2 Systemets uppbyggnad 5.2.1 Stödjande struktur Skelettjord är uppbyggd av en bärande bas av sten i väldigt varierande storlek från sand (2mm) till skärv (150mm). Denna bas bär alltså de laster som läggs på strukturen och kraften leds ner till terrassen. Tester har gjorts på skelettjordars bärighet (HVS-simuleringar) i projektet och detta presenteras i en annan rapport. Mellan de olika stenarna/sandpartiklarna finns utrymmen som inte utsätts för trycket från ytan. Man vet att rötter föredrar att växa där motståndet är litet. Därför främjar utrymmena i en skelettjord rottillväxten. I dessa utrymmen kan då annat substrat finnas som kan försörja växterna med vatten och näring. I de flesta fall är substratet en jord av något slag t.ex. AMA D skelettjord. 5.3 Olika typer av skelettjordar Det finns ett antal olika typer av skelettjordar som har olika fördelar och nackdelar. Den stödjande basen är uppbyggd av olika stora partiklar och substratet har olika sammansättning. Basen varierar från grov sand till skärv och substratet varierar från grönkompost till traditionell anläggningsjord. 5.3.1 Cornell En av de första skelettjordarna utvecklades på Cornell University USA i början av 90-talet (Grabosky and Bassuk 1996). Det som skiljer denna skelettjord från de vi oftast använder i Sverige är storleken på beståndsdelarna i den bärande basen, Cornelljorden har en sten fraktion som är 3-6 mm. De stenar som används i Sverige är betydligt större. Proportionerna i Cornelljorden är: bergkross/sten 100; jord 20; hydrogel 0.03 vikts andelar och med en total fuktighet på 10%. Jorden är definierad enligt det system som används i USA som en clay loam vilket innebär att den består av 30% grus (>2 mm), 25-30% sand (>0,05 mm), 20-40 % silt (>0,002), och 25-40% lera (<0,002). Den organiska halten ska vara 2-5%. Den komponent som inte finns med i våra jordar är hydrogelen som är en polymer liknande polyakrylamid. Hydrogelen används för att förhindra att stenen och jordblandningen separerar vid hanteringen, den fungerar som ett klister. Porerna i denna typ av skelettjord är mindre än i Göteborgs och Stockholms jordar men man anser ändå att vatten behöver tillföras på något sätt och luftombytet ska säkras genom tekniska åtgärder. (http://www.hort.cornell.edu/uhi/outreach/pdfs/custructuralsoilwebpdf.pdf 5.3.2 Göteborg Den skelettjord som används i Göteborg är lik Cornelljorden i så mån att lerhalten är relativt hög. Denna skelettjord blandas inte på plats utan förblandas och tippas ner i växtbädden färdigblandad. Därefter packas konstruktionen och träden planteras i särskilda trädgropar där rötterna har möjlighet att växa ut i den omgivande skelettjorden. Jorden gödslas även i Göteborgs skelettjord vid planteringen. 6
5.3.3 Amsterdam Sandbaserad skelettjord Amsterdam soil är samma typ av bärande sandjord som används på golf greener. Det är sand med en smal kornkurva som därigenom innehåller mycket, mindre porer. Man tillsätter inte nödvändigtvis någon jord till denna typ av skelett men det är möjligt. Svårigheten ligger då i att få en skelettbas utan mindre partiklar mellan som lätt kompakteras. Eftersom den strukturella basen består av relativt små partiklar är det viktigt att jorden inte innehåller mycket stora partiklar som kan bidra till att jorden kan packa sig. Jorden blir mycket genomsläpplig och kan användas där detta är fördelaktigt som t.ex. där salt behöver sköljas ur jorden. Även i denna jord behöver gasutbytet säkerställas i de flesta fall med ett galler direkt över jorden. 5.3.4 Stockholm Skelettjord av den typ som används i Stockholm strävar efter att trädensrötter ska kunna växa i princip obegränsat i två riktningar samt att varje träd ska ha tillgång till minst 15 m 3 skelettjord och där utöver växtjord och ett luftigt bärlager. För större träd ska växtbädden minst vara 4 m bred och för mindre träd 2 m bred. Djupet på växtbädden ska ligga mellan 0,8 och 1m. Texturen ska vara av god genomsläpplighet. Vid anläggning luckras jorden och det är mycket viktigt att undvika kompaktering. Växtbädden byggs lager per lager (Stål och Orvesten 2006). I skelettjord av Stockholmstyp används skärv av storlek 90-150 mm som bärande bas. Denna bärande bas är i princip 600mm djup och mellan skärven spolas växtjord av typ D (AMA) ner. I området närmst trädet format som en grop används främst växtjord av typ A (AMA) och i vissa fall typ B (AMA). Ovan på skelettstrukturen anläggs ett 200 mm djupt luftigt bärlager av makadam i storleken 32-90 mm. Ett långtidsverkande gödsel, Osmocote, blandas i växtjorden. Till varje träd installeras en luftningsbrun (Stål och Orvesten 2006). 7
6 Sundsvall - skelettjord vs. traditionell växtjord 6.1 Material och utförande 6.1.1 Lokalen och behandlingar Träden i denna studie är placerade längs med norra sida av Köpmansgatan i Sundsvall (N 62,4 E 17,2). Trädslaget är Tilia cordata Erecta och de blev planterade 1997. Träden står längs med vägen i trottoar med ytbeläggning av betongplattor. Lindarna mellan nr 8 och 22 planterades i traditionella trädgropar utan någon speciell växtbädd. Vid lindarna från Esplanaden till Skolhusallén (nr 28 till 42) gjorde man vid anläggning en enklare form av skelettjord. En kvadrat med skelettjord på ca 1,2x1,2m på var sida varje träd anlades. Detta ger varje träd tillgång till ca 3 m 3 skelettjord. Skelettjorden är gjord med sorterad sten där växtjord spolats ner mellan stenarna. Här finns inget luftigt bärlager eller luftningsbrunnar. Här i denna studie jämför vi tillväxt och vitalitet hos dessa lindar planterade med och utan skelettjord 17 år efter plantering. Figur 1. Träd som stått i traditionell växtjord eller med ca 3 m 3 skelettjord per träd sedan 1997 längs Köpmansgatan i Sundsvall. Traditionell växtgrop av jord Växtbädd av skelettjord 6.1.2 Mätningar En inventering av lindarna genomfördes 9 juli 2014. Lindarna i den traditionella växtgropen var 15 till antal och lindarna i skelettjord var 18 st. 8
En mängd olika tillväxtparametrar mättes; stamomfång, trädhöjd, kronans bredd, och kronans höjd. Tillväxten är kopplad till en mängd olika parametrar som vattentillgång, näringstillgång, temperatur, gasutbytet i marken, ph, mm. Vid samma tillfälle mättes även bladyteindex (LAI). Vilket används när produktionskapaciteten, avdunstningen och transpirationen m.m. för trädet ska räknas ut. Man kan beskriva LAI som hur många lager blad som finns i kronan om man ser det rakt underifrån. LAI definieras som den bladarea trädet har per projicerad kronarea. Trädets fotosyntes är starkt kopplat till detta mått och även avdunstningen från bladen. När LAI bestäms används en speciell kamera som är kopplad till en dator. Mätaren tar en bild genom en fish eye lins vilket ger bilden en tredimensionell karaktär (fig. 2). Från denna bild går det sedan att beräkna hur mycket blad som finns genom att beräkna mängden ljus som kommer genom kronan i olika vinklar. LAI mättes i fyra riktningar under varje träd ca 30 cm från stammen en meter under kronan (CID 1100, ). Figur 2. Exempel på bild tagen av fish eye kameran som används för bladyteindex. Vitaliteten hos träden är även den viktig att studera. En visuell vitalitetsbedömning av träden gjordes vilket kan ses som en grov uppskattning av vitaliteten. En visuell bedömning tar dock hänsyn till många parametrar, att mäta alla dessa parametrar är mycket tidskrävande och ger troligen inte en större säkerhet än en visuell bedömning. 9
6.2 Resultat 6.2.1 Tillväxt Trad Storlek (cm/m)/temp ( C)/vattenhalt (%) 51 41 31 21 Skelett 11 *** *** *** *** 1 Figur 3. Bilden visar uppmätta skillnader mellan lindar som växt i traditionell växtjord och som har tillgång till ca 3 m 3 växtbädd av skelettjord. Träden planterades 1997 längs Köpmansgatan i Sundsvall. Efter 17 år är lindarna som växt med tillgång på skelettjord: Något större i omkrets Högre Högre i kronan Breddare i kronan Jämfört med lindarna som växt i traditionell planteringsgrop. 10
6.2.2 Krontäthet och bladyteindex (LAI) Bladyteindex 3,5 3 2,5 2 1,5 1 Figur 4. Bilden visar skillnader i bladyteindex mellan lindar som växt i traditionell växtjord och med tillgång till en ca 3 m 3 växtbädd av skelettjord. Träden planterades 1997 längs Köpmansgatan i Sundsvall. 0,5 0 Växtjord Skelett Det är stor variation i bladyteindex. Tendensen är dock att bladyteindex är något högre hos lindarna planterade med tillgång till skelettjord. 6.3 Diskussion Lindarna i Sundsvall som växt de senaste 17 åren i skelettjord är högre och kraftigare med en tätare krona. Detta innebär att dessa träd även har en större biomassa och generellt har haft bättre förutsättningar för att växa. Förutsättningar som blivit bättre genom användandet av skelettjord är t.ex. gasutbyte, d.v.s. det kommer ner mer syre till rötterna och koldioxid som respireras ut från rötterna kan diffundera till atmosfären. Trädens rötter har troligvis en bättre tillgång på vatten i skelettjorden och kompakteringen av marken är mindre. Träden i Sundsvall visar upp dessa tillväxt- och vitalitets förbättringar med tillgång på endast 3 m 3 skelettjord i växtbädden. I Stockholm planteras idag träd i gatumiljö med tillgång på 15 m 3 skelettjord med resultat som visar på bättre förutsättningar för trädens tillväxt och vitalitet. Utöver i Stockholm planteras träd i hårdgjorda ytor i olika typer av skelettjord, men fortfarande används traditionella växtgroppar då installationen av skelettjordar uppfatas som omständiga och dyra. Enklare och mer kostnadseffektiva metoder behövs för att fler av de svenska trädens rötter ska få tillgång till de bättre förutsättningar som till gång på skelettjord medför. 7 Slutsats Skelettjord ger långsiktigt bättre levnadsförutsättningar för träd som står i hårdgjorda ytor i stadsmiljö. Även med en begränsad tillgång på skelettjord, 3m 3, har lindarna i Sundvall högre tillväxt och vitalitet i skelettjord än i traditionell jord. 8 Referenser 11
Archer, J. R., and P. D. Smith. 1972. The relation between bulk density, available water capacity, and air capacity of soils. European Journal of Soil Science 23:475-480. Bennett, M. E. 1904. Are roots aerotropic? Botanical Gazette 37:0241-0259. Burghardt, W. 1994. Soils in Urban and Industrial Environments. Zeitschrift Fur Pflanzenernahrung Und Bodenkunde 157:205-214. Couenberg, E. 1994 Amsterdam tree soil. In The landscape below ground (Watson GW and Neely eds pp. 24-33. International society of Arboriculture, Savoy, IL USA. Couenberg 1998 E. Urban tree soil and tree-pit design. In: The landscape below ground II. Proceedings of and international Workshop om Tree roots development in urban soils. Neely D and Watson G.E eds. Pp 189-202. International society of Arboriculture, Champaign, IL USA. Grabosky, J., and N. Bassuk. 1996. Testing of structural urban tree soil materials for use under pavement to increase street tree rooting volumes. Journal of Arboriculture 22:255-263. Kozlowski, T. T. 1999. Soil compaction and growth of woody plants. Scandinavian journal of forest research 14:596-619. Pavao-Zuckerman, M. A. 2008. The Nature of Urban Soils and Their Role in Ecological Restoration in Cities. Restoration Ecology 16:642-649. Schleuß, U., Q. Wu, and H.-P. Blume. 1998. Variability of soils in urban and periurban areas in Northern Germany. CATENA 33:255-270. Stepniewski, W., S. R. Pezeshki, R. D. Delaune, and W. H. Patrick. 1991. Root studies under variable redox potential in soil or soil suspensions using nlaboratory rhizotrons. Vegetatio 94:47-55. Stål Ö. och Orvesten A., 2006. Handbok Växtbäddar för stadsträd i Stockholm. Stockholm, 2006-12-13, SWECO/Grontmij AB. 12