Startseite » Botanik » Pilotstudie Mooswand

Pilotstudie Mooswand

Moose gegen dicke Luft?

Thielen Blogportrait

M.Sc. Sonja Thielen ist Biologin und beschäftigt sich zurzeit mit Moosen und deren Wechselwirkungen mit der Umwelt.

Nicht nur die Stadt Stuttgart hat das Problem: Die Luft in vielen Innenstädten Deutschlands ist mit Feinstaub belastet. Unter Feinstaub versteht man ein komplexes Gemisch fester und flüssiger Partikel, die nach ihrer Größe in unterschiedliche Fraktionen eingeteilt werden. Unterschieden werden PM10 (PM = particulate matter = Feinstaub) mit einem maximalen Durchmesser von 10 µm, PM2.5 mit einem maximalen Durchmesser von 2,5 µm und ultrafeine Partikel, die kleiner als 0,1 µm sind. Feinstaub entsteht hauptsächlich durch uns Menschen, z. B. durch Brems- und Reifenabrieb, Aufwirbelung des Staubs von der Straßenoberfläche, Abgase der Automotoren, bei der Wärmeerzeugung in Holzöfen oder in der Landwirtschaft. Das Problem ist, dass die kleinen Partikel eine große Wirkung haben: Über die Lunge gelangen sie in unsere Körper und können Atemwegsprobleme und Erkrankungen des Herz-Kreislaufsystems auslösen. Ultrafeine Partikel können sogar in unser Blut und damit in alle Organe gelangen.

Seit dem 1.1.2005 gelten europaweit Grenzwerte für die Feinstaubfraktion PM10. Der Tagesgrenzwert liegt bei 50 Mikrogramm pro Kubikmeter Luft und darf an höchstens 35 Tagen pro Jahr überschritten werden. In Stuttgart geschieht dies öfter als erlaubt: Im Jahr 2016 wurde der Grenzwert an der Messstelle Am Neckartor an 63 Tagen überschritten. Der von der WHO empfohlene Grenzwert liegt sogar noch niedriger, er beträgt weniger als die Hälfte des EU-Werts. Denn das Problem ist: Selbst sehr geringe Feinstaubkonzentrationen können sich negativ auf unsere Gesundheit auswirken.

Warum Moose? Vom Labor…

Laboruntersuchungen von Moosforschern der Universität Bonn zeigten, dass Moose durch verschiedene Mechanismen Feinstaub binden können (Frahm & Sabovljevic 2007). So sind Moose zwar klein, haben aber durch ihre dicht stehenden Blättchen und oberflächenvergrößernden Strukturen eine extrem große biologisch aktive Oberfläche.
Im Gegensatz zu Blütenpflanzen haben Moose keine Wurzeln. Wasser und Nährstoffe nehmen sie direkt über die Blattoberfläche auf. Deshalb haben sie – anders als Blütenpflanzen – eine sehr viel dünnere wasserabstoßende Wachsschicht auf den Blättern, oder sie fehlt sogar ganz. Kommen Feinstaubpartikel in Kontakt mit den Moosen, bleiben sie an den Blättchen hängen. Ein großer Anteil des Feinstaubs aus Verkehr sind Ammoniumsalze, z. B. das Ammoniumnitrat (NH4NO3) (Pregger & Friedrich 2004). Moose brauchen – wie alle anderen Pflanzen auch – Nährstoffe zum Wachsen, etwa den Stickstoff aus dem Ammoniumnitrat. Dieser wird durch Kationenaustausch von den Moosen aufgenommen und in pflanzliche Biomasse umgewandelt. Zudem können Bakterien, die auf den Moosen leben, organische Substanzen aus Ruß und Reifenabrieb zersetzen. Weitere Bestandteile aus unlöslichen, anorganischen Stäuben sedimentieren in den Moosrasen.
Eine weitere Besonderheit der Moose ist, dass sie wechselfeucht (poikilohydrisch) sind. Wenn sie austrocknen, fallen sie in eine Art scheintoten Zustand, der aber schlagartig vorbei ist, wenn sie wieder befeuchtet werden. Dadurch können sie trockene Phasen unbeschadet überstehen und Lebensräume besiedeln, die für andere Pflanzen unbewohnbar sind.

… ins Freiland

 

Abb1

Die Mooswand an der B14 (Cannstatter Straße) in Stuttgart. Bild: S. Thielen/SMNS

Ob die feinstaubreduzierende Wirkung der Moose, die die Bonner Forscher im Labor nachgewiesen haben, auch unter Freilandbedingungen gemessen werden kann, testen wir dieses Jahr in Stuttgart. Seit März 2017 untersuche ich mit meinen Projektpartnern vom Amt für Umweltschutz der Stadt Stuttgart und der Universität Stuttgart in einer Pilotstudie, ob Moose dazu beitragen können, die Feinstaubbelastung in Innenstädten zu senken. Dazu wurde an der sechsspurigen B14 in Stuttgart eine 100 Meter lange, 3 Meter hohe Mooswand aufgestellt.

Abb2

Nahaufnahme von der Mooswand. P = Frauenhaarmoos, R = Graues Zackenmützenmoos, H = Zypressenschlafmoos. Bild: S. Thielen/SMNS

Die Wand wurde mit fünf verschiedenen Moosarten bepflanzt: Man findet dort das Graue Zackenmützenmoos (Racomitrium canescens), das Zypressenschlafmoos (Hypnum cupressiforme), das Wacholder-Frauenhaarmoos (Polytrichum juniperinum), das Glashaar-Frauenhaarmoos (Polytrichum piliferum) und das Kaktusmoos (Campylopus introflexus). Da die Kultivierung von Moosen im Rahmen dieser Pilotstudie nicht möglich war, wurden im Handel erhältliche Moosmatten verwendet. Unter den etwa 800 heimischen Moosarten sind bislang nur sehr wenige Arten erhältlich. Den nun auf der Wand wachsenden Arten ist gemeinsam, dass sie natürlicherweise u. a. an lichtreichen, trockenen Standorten vorkommen.

Abb3

Die an der Mooswand wachsenden Arten, hier noch einmal in einer stärkeren Vergrößerung. A = Graues Zackenmützenmoos, B = Zypressenschlafmoos, C = Wacholder-Frauenhaarmoos, D = Kaktusmoos. Bilder: S. Thielen/SMNS

Während meine Projektpartner vom Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (Universität Stuttgart) für die Konstruktion der Mooswand und vom Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik (Universität Stuttgart) für die Feinstaubmessungen zuständig sind, untersuche ich die Moose. Dabei interessieren mich folgende Fragen: Wie geht es dem Moos im extremen Stadtklima? Gibt es Arten, die an einem solchen Standort (senkrechte Wand, viel Sonne, viel Wind) besser wachsen als andere? Wie sehen die Blattoberflächen der verschiedenen Arten aus? Unterscheiden sie sich? Welche Partikel findet man auf den Moosblättern?

Einmal in der Woche bin ich an der Mooswand und schaue mir den Zustand der Moose an. Außerdem nehme ich Proben der Moose mit ins Museum und untersuche sie dort unter dem Mikroskop. Man kann so zum Beispiel feststellen, wie viele Chloroplasten in den Zellen vorliegen, oder ob es abgestorbene Zellen (sogenannte Nekrosen) gibt. Daraus kann ich Rückschlüsse darauf ziehen, wie es dem Moos geht.

Noch spannender ist die Untersuchung der Blättchen mit dem Rasterelektronenmikroskop (REM). Durch die starke Vergrößerung kann man Partikel bis zu einer Größe von 0,1 Mikrometer gut erkennen. (Zur Erfassung ultrafeiner Partikel <0 ,1 µ ist ein höher auflösendes REM sowie eine andere Art der Probenaufbereitung nötig.) Mithilfe des REMs sieht man auch, wie unterschiedlich die Oberflächen der verschiedenen Moose sind.

Abb4

Eine mehrere tausendfache Vergrößerung der Blattoberfläche des Grauen Zackenmützenmooses. Der Maßstab (links unten im Bild) beträgt 2 µm. Charakteristisch für dieses Moos sind die Papillen (zäpfchenartige Strukturen) auf der Oberfläche. Zwischen diesen liegen Partikel in verschiedenen Größen und Formen. Bild: S. Thielen, C. Gascó Martín/SMNS

Das Graue Zackenmützenmoos hat viele kleine Zäpfchen auf ihrer Oberfläche, die man Papillen nennt. Zwischen den Papillen verstecken sich viele Partikel. Das Zypressenschlafmoos hingegen hat eine glatte Oberfläche, auf der man die Partikel sehr viel schneller entdeckt. Bislang habe ich bei den Untersuchungen der Blattoberflächen verschiedenste Partikel beobachtet, die ganz unterschiedlich aussehen. Es gibt sie in vielen Größen und Formen: Rund, kantig, glatt, porös, dreieckig, quadratisch, flach, scharfkantig…

Abb5

Eine mehrere tausendfache Vergrößerung der Blattoberfläche des Zypressenschlafmooses. Maßstab: 2 µm. Außer ein paar „Runzeln“ ist die Blattoberfläche dieser Moosart relativ glatt, Partikel sind leicht zu finden. Hier im Bild sind u. a. besonders kleine Partikel (kleiner als 1 µm) zu sehen. Bild: S. Thielen, C. Gascó Martín/SMNS

Während unserer Untersuchungen konnten wir schon feststellen, dass die Frauenhaarmoose und das Kaktusmoos im Vergleich zu den anderen Moosarten auf der Mooswand dickere Wachsschichten auf ihrer Blattoberfläche haben. Auf Blättern mit einer dickeren Wachsschicht haben wir auch weniger Partikel gefunden. Die Oberfläche der Moosblätter scheint also einen Einfluss auf die Partikelablagerung zu haben.

Vor allem auf älteren Moosblättchen findet man auch andere Lebewesen, z. B. Bakterien, Pilze oder Amöben. Amöben sind eine weitverbreitete, ökologisch wichtige Gruppe von Einzellern. Sie kommen in den Wasserhäutchen um die Stämmchen und in den Achseln der Blättchen von Moosen vor (Netzel 1971). Durch die Fähigkeit, Überdauerungsformen (Zysten) zu bilden, sind sie gut an vorübergehende unwirtliche Bedingungen angepasst. Sie spielen eine wichtige Rolle beim Abbau organischer Stoffe und ernähren sich u.a. von Bakterien, Hefen und einzelligen Algen (Krashevs’ka 2008).

Abb6

Auf Blättern des Grauen Zackenmützenmooses gefundene Amöben. Links eine komplett erhaltene Schale einer Amöbe, rechts ist sie teilweise zerstört. Bild: S. Thielen, C. Gascó Martín/SMNS

Die größte Herausforderung für die Entwicklung eines wirksamen Feinstaubfilters sind die Moose selbst: Nur wenn sie in dem extremen Stadtklima gut leben und wachsen, können sie für bessere Luft sorgen. Allerdings stellt der Standort der Mooswand für die Moose eine echte Herausforderung dar. An der senkrecht stehenden Wand kommt nicht viel Wasser von Niederschlägen an, die Sonneneinstrahlung ist stark, und der vorbeifließende Verkehr verursacht Windströmungen, die die Verdunstung fördern. Daher haben die Moose einen Sonnenschutz und werden morgens und abends automatisch bewässert. Die Bewässerung darf nicht zu viel (Förderung von Algen- und Pilzwachstum), aber auch nicht zu wenig Wasser liefern.

Fährt man in Trockenperioden an der Mooswand vorbei, ist sie nicht frisch grün, sondern braun gefärbt. Das Moos ist aber keineswegs abgestorben. Vor allem die beiden Frauenhaarmoosarten legen ihre Blättchen an das Stämmchen an, wenn es trocken wird. Dabei liegen die älteren Blättchen, die weiter unten am Stämmchen sitzen, über den oberen Blättchen. Da die Blättchen in ihrem Alterungsverlauf braun werden, verdecken die alten braunen Blätter nun die jungen grünen. In heißen Sommertagen verdunstet das Wasser an der Mooswand sehr schnell, sodass die Moose schnell trocken werden und ihre Blättchen anlegen.

Bislang gibt es kaum Erfahrungswerte über die Kultivierung von Moosen an Wänden. Daher gehört es auch zur Pilotstudie, Erfahrungen mit den herrschenden Bedingungen an der Mooswand zu sammeln und die Bedingungen im Lauf des Projekts bestmöglich an die Bedürfnisse der Moose anpassen.

Bis wir sagen können, wie die Moose auf die Feinstaubbelastung wirken, müssen wir noch weitere Daten sammeln. Spannend wird es vor allem wieder in der kommenden Feinstaubsaison, die im Oktober beginnen wird.

Literatur:

Frahm, J.-P. & Sabovljevic, M. (2007): Feinstaubreduzierung durch Moose. Immissionsschutz 4/07: 152-156.

Krashevs’ka, V. (2008): Diversity and community structure of testate amoeba (protista) in tropical montane rain forests of southern Ecuador: Altitudinal Gradient, aboveground habitats and nutrient limitation. Dissertation. Technische Universität Darmstadt. 

Netzel, H. (1971): Form und Bewegung beschalter Amöben (Testacea). Institut für den wissenschaftlichen Film, Wissenschaftlicher Film C 1060/1971. Begleitveröffentlichung. Göttingen 1971.

Pregger, T. & Friedrich, R. (2004): Untersuchung der Feinstaubemissionen und Minderungspotenziale am Beispiel Baden-Württemberg. Gefahrstoffe/Reinhaltung der Luft 64(1/2): 53-60.

Weitere Informationen zu Feinstaub: https://www.umweltbundesamt.de/themen/luft/luftschadstoffe/feinstaub

2 Kommentare zu “Pilotstudie Mooswand

  1. Hallo, mit großem Interesse habe ich ihren Bericht über die Mooswände gelesen.
    Ich bin vor kurzem an diesen vorbei gefahren. Da habe ich noch über die vertrockneten Mooswände gelacht. Nach Recherche bin ich auf diesen Bericht gestoßen.
    Nehmen die Mooswände auch in diesem Zustand die verschmutzen Luftpartikel auf?
    Damit die Mooswände auch bei Regen Wasser aufnehmen können, wäre es doch sinnvoll, die Wände schräg aufzubauen. Und vielleicht so , dass sie nicht südlich ausgerichtet sind, dann würden sie vielleicht auch nicht so schnell austrocknen.
    Ich habe auch nach Efeu gegoogelt. Deswegen, weil ich im Garten auch viel habe und das schon Jahrelang. Erst seit in unmittelbarer Nähe ein Kindergarten ist und somit der Verkehr drastisch zugenommen hat. Erst seit da ist mir beim Schneiden des Efeu aufgefallen, dass er unheimlich staubt und ich mir jetzt immer einen Münd- und Augeschutz anlegen muss, um mir heftige Hustenanfälle bzw Augenbrennen zu ersparen. Also nimmt Efeu auch viel Feinstaub auf.
    Warum lassen sie dann nicht einfach dort mehr Efeu wachsen ?.auf dem Boden und natürlich auch an den Wänden. Dieser müsste dann halt regelmäßig Bewässert werden, um den schädlichen Feinsten abzuwaschen.
    Ich habe dort sehr wenig Efeu gesehen, aber sehr viel wilder Wein. Der Wein verliert allerdings im Winter seine Blätter und kann in dieser kalten Jahreszeit keinen Staub aufnehmen.

    Gefällt mir

    • Liebe Frau Kremer, vielen Dank für Ihr Interesse! Bitte entschuldigen Sie die späte Antwort auf Ihren Kommentar. Der Stoffwechsel von Moosen ist nur aktiv, wenn sie feucht und ihre Zellen turgeszent sind. Nur in diesem Zustand nehmen sie auch Partikel auf. Bei Trockenheit fallen die Moose in eine Trockenstarre, es findet keine Aufnahme von Partikeln statt. Der Aufbau schräger und nicht südexponierter Wände wäre sinnvoll, war in der Pilotstudie aus Platz-, planungstechnischen und messtechnischen Gründen jedoch leider nicht möglich.
      Auch auf den Oberflächen von höheren Pflanzen wie Efeu und Wildem Wein sammeln sich Feinstaubpartikel, wie Sie es auch in Ihrem Garten beobachtet haben. Ein großer Unterschied zwischen Moosen und höheren Pflanzen ist jedoch, dass Moosen die Wurzeln zur Nährstoffaufnahme fehlen. Daher nehmen sie – im Gegensatz zu höheren Pflanzen – Nährstoffe aus dem Feinstaub über ihre Blattoberflächen, und nicht über Wurzeln auf. Um diesen Prozess sowie die Wasseraufnahme zu erleichtern, haben sie im Gegensatz zu den höheren Pflanzen keine oder nur eine sehr dünne Kutikula (Schutzschicht auf der Blattoberfläche). Efeu hat eine stark ausgeprägte Kutikula, auf der sich der Feinstaub ansammelt und z. B. von Regen abgewaschen wird. Der Feinstaub sammelt sich daraufhin auf dem Boden und kann bei trockener Witterung erneut in die Luft getragen werden, während ein gewisser Anteil des Feinstaubs auf Moosblättern abgebaut und damit der Umwelt entzogen wird.

      Gefällt mir

Kommentar verfassen

Trage deine Daten unten ein oder klicke ein Icon um dich einzuloggen:

WordPress.com-Logo

Du kommentierst mit Deinem WordPress.com-Konto. Abmelden / Ändern )

Twitter-Bild

Du kommentierst mit Deinem Twitter-Konto. Abmelden / Ändern )

Facebook-Foto

Du kommentierst mit Deinem Facebook-Konto. Abmelden / Ändern )

Google+ Foto

Du kommentierst mit Deinem Google+-Konto. Abmelden / Ändern )

Verbinde mit %s