Einfluss der Baumartenwahl auf die Luftqualität in Städten
Ein Forschungsteam der Universität Innsbruck und der Jinan-Universität hat in Peking untersucht, wie die Kombination aus Hitze, Baumemissionen und Stickoxiden die Entstehung von bodennahem Ozon in urbanen Gebieten beeinflusst. Die Studie zeigt deutlich, dass die Auswahl der Baumarten eine entscheidende Rolle spielt.
Städtische Begrünung und ihre Auswirkungen auf die Luft
Die zunehmenden Hitzeperioden führen dazu, dass die Begrünung von Städten verstärkt diskutiert wird. Bäume tragen zur Kühlung von Stadtteilen bei, binden Feinstaub und absorbieren gasförmige Schadstoffe. Gleichzeitig können sie jedoch auch zur Bildung von Luftschadstoffen beitragen, da sie bei hohen Temperaturen biogene flüchtige organische Verbindungen (BVOC) freisetzen. Diese reagieren in Gegenwart von Sonnenlicht und anthropogenen Stickoxiden (NOx) zu bodennahem Ozon.
Auch menschliche Aktivitäten setzen flüchtige organische Verbindungen (AVOC) frei, die mit Stickoxiden reagieren und Ozon bilden. Diese stammen unter anderem aus Lösungsmitteln, Lacken, Reinigungsmitteln und Kraftstoffdämpfen. Aufgrund des Klimawandels werden AVOC-Emissionen zunehmend reguliert, was zu einem Rückgang der Werte führt. Gleichzeitig bewirken steigende Temperaturen und eine verstärkte Begrünung einen Anstieg der BVOC-Emissionen.
Direkte Messungen von Baumemissionen in Peking
Bisher basierten Schätzungen zum Einfluss von Stadtbäumen auf die Ozonbildung meist auf Modellen, die für natürliche Ökosysteme entwickelt wurden. Um präzisere Daten zu erhalten, installierten Forscher der Jinan-Universität ein Messsystem auf einer 102 Meter hohen Plattform des Pekinger Wetterturms sowie in einem Labor am Boden. Von Mai bis Juli 2021 wurden chemische Signale und Turbulenzschwankungen mit einer Frequenz von zehn Messungen pro Sekunde erfasst, um den chemischen „Atem“ der Stadt in Echtzeit zu dokumentieren.
In Zusammenarbeit mit dem Team um Atmosphärenphysiker Thomas Karl von der Universität Innsbruck wurden die VOC-Emissionen quantifiziert und verschiedenen Quellen wie Bäumen, Verkehr, chemischen Produkten, Kochen und häuslichen Aktivitäten zugeordnet.
Isopren als Hauptfaktor und Einfluss der Temperatur
Die Analyse zeigte, dass biogene VOCs nur etwa zehn Prozent der Gesamt-VOC-Emissionen ausmachen, jedoch einen überproportionalen Anteil an der atmosphärischen Reaktivität besitzen. Biogene VOCs trugen fast die Hälfte zur VOC-Reaktivität bei, wobei Isopren für über 90 Prozent dieser Reaktivität verantwortlich war.
Die Temperatur hatte einen erheblichen Einfluss: Zwischen 20 °C und 35 °C stieg die chemische Reaktivität der von Stadtbäumen freigesetzten VOCs um das Sieben- bis Achtfache. Im Vergleich dazu erhöhte sich die Reaktivität der anthropogenen VOCs lediglich um 40 Prozent. Dadurch wuchs der Anteil der Baumemissionen an der Gesamt-VOC-Reaktivität von 21 auf 74 Prozent.
An Tagen mit besonders empfindlicher Ozonbildung korrelierte der Anstieg der Ozon-Spitzenwerte nahezu direkt mit der Temperatur und der VOC-Reaktivität, was den Zusammenhang zwischen erhöhten Vegetationsemissionen an heißen Tagen und höheren Ozonkonzentrationen bestätigt.
Einfluss der Baumarten auf die Emissionen
Der Vergleich der Messdaten aus Peking mit denen anderer Städte zeigte, dass Pekings Isopren-Emissionen nach Temperatur- und Sonneneinstrahlungsanpassung die höchsten unter den untersuchten Städten waren und Werte erreichten, die sonst nur in gemäßigten Wäldern gemessen werden.
Die hohe Isopren-Belastung ist vor allem auf die Baumarten zurückzuführen: Über ein Drittel der Bäume in Peking sind isopren-emittierende Arten wie Trauerweide und Chinesische Weißpappel. In über 20 untersuchten Städten variierten die Isopren-Emissionen um mehr als das Zehnfache, was eng mit dem Anteil isopren-emittierender Bäume zusammenhing.
In europäischen Städten sind isopren-emittierende Baumarten seltener. Dort dominieren häufig Monoterpene emittierende heimische Arten, die zwar ebenfalls ozonbildend sind, jedoch in geringeren Mengen als Isopren freigesetzt werden.
Empfehlungen für die Stadtbegrünung
Die Studienergebnisse sprechen nicht gegen städtische Begrünung oder die Entfernung bestehender Bäume. Vielmehr wird empfohlen, das Emissionspotenzial von BVOCs als zusätzliches Kriterium bei der Auswahl von Baumarten zu berücksichtigen.
In Peking könnte durch den Austausch von etwa zehn Prozent der Bäume mit den höchsten Isopren-Emissionen gegen emissionsärmere Arten eine Reduktion der Isopren-Emissionen um mindestens 29 Prozent erreicht werden. Angesichts zunehmender Hitzewellen stellt die Baumartenwahl eine sinnvolle Ergänzung zu bestehenden Emissionskontrollen dar.
Weiterhin zentrale Bedeutung der NOx-Kontrolle
Obwohl Baumemissionen einen wichtigen Beitrag zur Ozonbildung leisten, sind sie nur ein Teil des Problems. Die Ozonentstehung erfordert zusätzlich Stickoxide und Sonnenlicht, wobei die zugrundeliegende Chemie nichtlinear verläuft. Die Ergebnisse unterstreichen, dass steigende Temperaturen die VOC-Emissionen aus der Vegetation erhöhen, weshalb eine fortgesetzte Kontrolle der NOx-Emissionen, insbesondere während heißer Perioden, unverzichtbar bleibt.
Kontakt für wissenschaftliche Rückfragen:
Thomas Karl
Institut für Atmosphären- und Kryosphärenwissenschaften
Universität Innsbruck
Telefon: +43 512 507 54455
E-Mail: thomas.karl@uibk.ac.at
Quelle der Originalpublikation:
He X. et al. (2026). Tree selection in urban greening shapes air quality for global cities. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.aee5583
