SLU/Sundsvalls kommun, rapport: Långsiktiga effekter av skelettjord

SLU/Sundsvalls kommun, rapport: Långsiktiga effekter av skelettjord

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 3m3 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, 3m3, 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 3m3 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 3m3.
3
3 Innehållsförteckning
Grågröna systemlösningar för hållbara städer ...................................................... 1
.................................................................................................................................... 1
Långsiktiga effekter av skelettjord i Sundsvall ...................................................... 1
1
Förord ................................................................................................................. 2
2
Sammanfattning ................................................................................................. 3
3
4
5
2.1
Innehållsförteckning .......................................................................................... 4
Växtbäddar i urbana system ............................................................................. 5
4.1
Problem med ståndorten ........................................................................................ 5
Skelettjord .......................................................................................................... 5
5.1
5.2
Användning ............................................................................................................ 5
Systemets uppbyggnad .......................................................................................... 6
5.3
Olika typer av skelettjordar ..................................................................................... 6
5.2.1
5.3.1
5.3.2
5.3.3
5.3.4
6
Summary ................................................................................................................ 3
Stödjande struktur .............................................................................................................. 6
Cornell ................................................................................................................................ 6
Göteborg ............................................................................................................................. 6
Amsterdam ......................................................................................................................... 7
Stockholm ........................................................................................................................... 7
Sundsvall - skelettjord vs. traditionell växtjord ............................................... 8
6.1
Material och utförande ............................................................................................ 8
6.2
Resultat ................................................................................................................ 10
6.3
Diskussion ............................................................................................................ 11
6.1.1
6.1.2
6.2.1
6.2.2
Lokalen och behandlingar .................................................................................................. 8
Mätningar............................................................................................................................ 8
Tillväxt .............................................................................................................................. 10
Krontäthet och bladyteindex (LAI) .................................................................................... 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 m3 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 m3 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 m3 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
Storlek (cm/m)/temp (°C)/vattenhalt (%)
Trad
Skelett
51
41
31
21
11
***
***
***
***
1
Figur 3. Bilden visar uppmätta skillnader mellan lindar som växt i traditionell växtjord och som har tillgång till
ca 3 m3 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)
3,5
Figur 4. Bilden visar
skillnader i bladyteindex
mellan lindar som växt i
traditionell växtjord och
med tillgång till en ca 3 m3
växtbädd av skelettjord.
Träden planterades 1997
längs Köpmansgatan i
Sundsvall.
3
Bladyteindex
2,5
2
1,5
1
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 m3 skelettjord i växtbädden. I Stockholm planteras idag träd i
gatumiljö med tillgång på 15 m3 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, 3m3, 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