Stadtwachstum und Klimawandel verändern die Pflanzenproduktivität in Städten

Städte wachsen in einem erstaunlichen Tempo. Die Ausdehnung von Wohnvierteln, Straßen, Parkplätzen und Hochhäusern, die Parks, Wälder, Sümpfe und Freiflächen verdrängen, scheint kein Ende zu nehmen.

Dieser Trend führt meist zu weniger Pflanzen, weniger Schatten und heißeren Straßen in den Städten.

Die globale Erwärmung verschärft die Situation zusätzlich. Steigende Temperaturen, höhere Kohlendioxidkonzentrationen, veränderte Niederschläge und ein höheres Dürrerisiko setzen Pflanzen weiter unter Druck.

Gleichzeitig können wärmere Luft und zusätzliches Kohlendioxid vielen Pflanzen helfen, schneller zu wachsen, weniger Wasser zu verlieren und längere Vegetationsperioden zu nutzen.

Neue Studien deuten darauf hin, dass diese Effekte einen Teil des durch die Stadtentwicklung verlorenen Pflanzenbewuchses ausgleichen können – sofern das Wachstum der bebauten Flächen bestimmte Grenzen nicht überschreitet.

Stadtwachstum und Natur im Gleichgewicht

Forschende stellten fest, dass die Pflanzenproduktivität in Städten meist sinkt, wenn jährlich mehr als etwa 5,8 Quadratkilometer Fläche in Straßen, Gebäude und andere versiegelte Bereiche umgewandelt werden.

In langsamer wachsenden Städten blieb die verbliebene Vegetation häufig gesund genug, um von den veränderten Klimabedingungen zu profitieren. Dadurch konnte die gesamte Pflanzenproduktivität trotz neu bebauter Flächen steigen.

Die Untersuchung zeigt, dass der Klimawandel die Schäden durch die Ausdehnung von Städten nicht automatisch ausgleicht.

Ob sich Pflanzen erholen können, hängt in hohem Maß davon ab, wie rasch die Bebauung voranschreitet und welches lokale Klima herrscht.

Tausende Städte im Vergleich

Das Forschungsteam wollte über Untersuchungen hinausgehen, die sich auf nur eine oder wenige Städte beschränkten.

„Frühere Studien betrachteten meist eine Stadt oder einige wenige Städte und konzentrierten sich oft auf die Vergangenheit“, sagte Han Chen, Erdsystemwissenschaftler an der Tianjin University.

„Wir wollten viele Städte weltweit untersuchen [und] sowohl vergangene als auch zukünftige Veränderungen einbeziehen.“

Mithilfe von Satellitenbeobachtungen und Computermodellen schätzten die Forschenden die Pflanzenproduktivität in 2.126 Städten für den Zeitraum von 1982 bis 2100.

Jede in die Studie einbezogene Stadt umfasste mehr als 49 Quadratkilometer Gebäude und versiegelte Flächen. So konnte das Team einen großen Teil der weltweiten Stadtlandschaft untersuchen.

Die Simulationen berücksichtigten verschiedene künftige Entwicklungsmuster sowie niedrige, mittlere und hohe Treibhausgasemissionen.

Stadtentwicklung überholt die Vegetation

Die untersuchten Städte wachsen derzeit deutlich schneller als die vorgeschlagene Grenze. Im Durchschnitt kommen jedes Jahr mehr als 20,7 Quadratkilometer bebaute Fläche hinzu, und dieses Tempo nimmt weiter zu.

Nordamerikanische Städte verzeichneten durchschnittlich etwa 26,6 Quadratkilometer neue Bebauung pro Jahr, während es in asiatischen Städten etwa 35,8 Quadratkilometer waren.

Von den 2.126 untersuchten Städten wiesen 1.713 eine abnehmende Pflanzenproduktivität auf. Shanghai, Chongqing und Neu-Delhi fielen als wichtige Brennpunkte mit den stärksten Vegetationsrückgängen auf.

Einige Städte zeigten hingegen ein anderes Muster. Giffnock in Schottland blieb unter dem Schwellenwert für die Entwicklung, sodass Pflanzengemeinschaften stabil blieben oder sich sogar verbesserten.

In den 413 Städten, in denen die Pflanzenproduktivität zwischen 1982 und heute zunahm, entfielen rund 69 % dieses Anstiegs auf den Klimawandel.

Ein sich verschiebender Schwellenwert

Die Forschenden gehen davon aus, dass die Entwicklungsschwelle bis zum Ende dieses Jahrhunderts auf etwa 7,3 Quadratkilometer jährlich steigen könnte.

Mit anderen Worten: Künftige Klimabedingungen könnten es Städten erlauben, Flächen etwas schneller umzuwandeln, bevor die Vegetation zurückgeht.

Das bedeutet jedoch nicht, dass die Zukunft für Stadtpflanzen leichter wird. Die Studie schätzt, dass die durchschnittlichen jährlichen Rückgänge der Pflanzenproduktivität in Städten von heute bis 2100 gegenüber dem Referenzzeitraum von 1982 bis 2024 um etwa 1,5 % bis 2 % zunehmen werden.

Voraussichtlich verlieren Pflanzen jedes Jahr rund drei Gramm Kohlenstoff pro Quadratmeter, wodurch sich die in der Vegetation gespeicherte Kohlenstoffmenge verringert.

„Die Zahl wirkt klein, aber Städte erstrecken sich über sehr große Flächen, sodass der Gesamtverlust beträchtlich werden kann“, sagte Chen.

„Es ist wie ein langsames Leck: Nach vielen Jahren bedeutet es weniger Pflanzenwachstum, weniger Kohlenstoffaufnahme und eine schwächere Kühlung durch städtische Grünflächen. In der Praxis kann das Städte heißer und weniger widerstandsfähig machen.“

Warum Stadtpflanzen wichtig sind

Städtische Vegetation verbessert weit mehr als nur das Erscheinungsbild. Bäume senken durch Schatten und die Abgabe von Feuchtigkeit an die Luft die Oberflächentemperaturen. Pflanzen filtern außerdem einen Teil der Luftschadstoffe, speichern Kohlenstoff, mindern den Regenwasserabfluss, unterstützen Wildtiere und können das körperliche und psychische Wohlbefinden verbessern.

Die Studie ergab, dass trockene Städte besondere Aufmerksamkeit benötigen, weil ihre Vegetation stärker auf die Stadtausdehnung reagiert.

Orte wie Phoenix müssen bestehende Grünflächen möglicherweise sorgfältiger schützen, während sie weiter wachsen.

Nach Ansicht der Forschenden sollten schnell wachsende Städte Parks, Wälder und andere Grünbereiche bewahren, auch wenn neue Bauprojekte fortgesetzt werden.

Langsamer wachsende Städte sollten sich darauf konzentrieren, eine gesunde Vegetation zu erhalten, damit Pflanzen von günstigen Klimabedingungen profitieren können.

Mehr als Grünflächen

Urbane Grünflächen bieten weit mehr als Bäume und Gras.

„Blumen unterstützen Bienen und Schmetterlinge, Bäume unterstützen Vögel und abgefallene Blätter ernähren Bodenmikroben. Diese Nahrungsnetze helfen dabei, das städtische Ökosystem lebendig und stabil zu halten, nicht nur grün aussehen zu lassen“, sagte Chen.

Gesunde Ökosysteme dieser Art kommen auch den Menschen zugute, die in ihrer Nähe leben.

„Grünflächen außerhalb der Stadt können Stadtbewohnern nicht dieselben unmittelbaren Vorteile bieten“, sagte Chen. „Eine kräftige Vegetation innerhalb der Stadt ist wichtig, denn hier leben Menschen und sind täglich Hitze, Luftverschmutzung und Stress ausgesetzt.“

Die vollständige Studie wurde im Journal of Geophysical Research veröffentlicht.