Konzepte. Kein Schutz ohne Nutzen.

Die Ingenieurbiologie hat zwei Hauptthemen, gut zu erkennen an den Übersetzungen: „Soil-bio-engineering“ betont den Boden, „Génie végétal“ die Pflanzen.

Kurz gesagt erforscht und nutzt sie den Einfluss der Vegetation, um den Boden möglichst gut mit Hilfe der Vegetation zu schützen. Im erweiterten Sinn geht es auch um den Schutz von Wasser und Umwelt mit Hilfe von Boden und Vegetation – neben der klassischen Hang- und Uferbefestigung etwa Lärmschutz und Schadstofffilterung aus Luft und Wasser.

Allen Fragestellungen gemeinsam ist die konstruktive Nutzung von Vegetation, anstelle oder in Kombination mit technischen Maßnahmen – Letzteres heißt Hybridtechnik. Oft sind technische Eingriffe nötig, damit Vegetation überhaupt wachsen kann. Ziel ist es, die Wirkung der Vegetation schon in der Planung zu berechnen und den Eingriff dadurch zu minimieren.

„Sinnvolle Nutzung lokaler Ressourcen bedeutet Schutz globaler Ressourcen.“

Dass Wurzeln zur Stabilität von Hängen beitragen, ist unbestritten. Selbst klassische Ingenieurmodelle berücksichtigen diesen Beitrag heute als von außen zugefügte Kohäsion.

Die Wurzeln halten das Substrat monolithisch zusammen. Gabionen vernetzen diese in sich stabilen Einheiten weiträumig. Langfristig können Bäume diese Funktion übernehmen, was ein sensibles Management der Vegetation hinsichtlich des Schattens erfordert. Anders als statische Techniken besitzen ingenieurbiologische Methoden Resilienz: Kräfte werden dynamisch durch Verformungen aufgefangen, und nach einer Verletzung repariert sich das System selbst.

Ein rein biologischer Verbau braucht Zeit bis zur vollen Entwicklung, je nach Aufgabe mehrere Jahre. Typisch ist daher der Einsatz natürlicher Materialien mit begrenzter Lebensdauer, deren Funktion später die Vegetation übernimmt – etwa Anker aus Hartholz an einer Straßenböschung der D333 bei Rosteig im Elsass, bis die Bepflanzung trägt. So lassen sich aufwendige Verankerungen vermeiden. Im Wasserbau ersetzen organische Vliese und gezielte Förderung der Vegetation synthetische Geotextilien, und die Anzucht ganzer Pflanzengemeinschaften vor Baubeginn ermöglicht natürliche Lösungen, wo ingenieurbiologische Methoden bisher scheiterten.

Lärmschutz ist ein relativ neues Gebiet der Ingenieurbiologie. Zwei Mechanismen spielen eine Rolle: Schalldämmung und Schalldämpfung.

Tiefe Töne werden über Masse gedämmt – durch Schallschutzwände und -dämme, auch aus Gabionen mit Stein- oder Erdfüllung. Pflanzen beeinflussen dabei entscheidend die Schallreflexion der Erde. Hohe Töne werden von elastischen Materialien gedämpft: Schallenergie wird in Wärme umgewandelt. An den Blättern wird Schall vielfach gestreut. Optimal sind daher Kombinationen aus starren Elementen, die tiefe Töne dämmen, und Vegetation, die hohe Töne dämpft – etwa bepflanzte Gabionenwände oder erdgefüllte, bepflanzte Betonelemente.

Ein weiteres Sondergebiet ist die Filterung von Luftschadstoffen durch Pflanzen. Moose und Flechten binden Staub und Schadstoffe, sind aber oft selbst empfindlich oder überleben schlecht an vertikalen Wänden; Systeme mit höheren Pflanzen sind aufwendig. Anders im Innenraum: Hier lassen sich viele Pflanzenarten einsetzen, zu Kosten, die im Verhältnis zu Bau und Unterhalt eines Gebäudes tragbar sind.

Zwei Arbeitsbereiche: die Reinigung von Wasser und der Erosionsschutz. Am Ufer überschneiden sie sich, denn eine funktionierende Ufervegetation übernimmt beide Aufgaben.

Den Großteil der Reinigung leisten nicht die Pflanzen, sondern Bakterien und Mikroorganismen auf Substrat und Wurzeln. Die Pflanzen verhindern durch ihre Bewegung im Wind und in der Strömung sowie durch rhythmische Dickenschwankungen, dass sich eine undurchlässige Schicht bildet, und geben Stoffe ab, die die Besiedlung fördern. Manche Arten wie Juncus nehmen Schwermetalle auf und helfen bei der Dekontamination.

Künstliche Systeme imitieren den natürlichen Uferstreifen – den Belebtbodenfilter. Der Wechsel aerober und anaerober Bereiche baut organische Stoffe ab, wandelt gebundenen in freien Stickstoff um und tötet Krankheitskeime ab. EcoStab erreicht in dreistufigen Anlagen für E. coli eine Abschlagsrate von 10⁻⁴ bis 10⁻⁵.

Die horizontalen Filter nach Prof. R. Kickuth erwiesen sich als instabil und kolmatierten; man trennte daher aerobe und anaerobe Bereiche in einzelne Becken, nach Prof. K. Seidel. Heute werden vor allem solche Systeme gebaut, oft mit nachgelagerten Schönungsteichen. Bei hoch belasteten Abwässern setzt EcoStab invertierte Vertikalbecken ein: sehr hohe Reinigungsleistung, ganz ohne Geruch. Das Prinzip gilt auch für Naturschwimmbäder – mit anderen Pflanzenarten, Korngrößen und Pumpzyklen.

Auch der Schutz vor Einträgen, vor allem aus der Landwirtschaft, gehört zum Gewässerschutz. Deshalb ist EcoStab mit ingenieurbiologischen Techniken auch im Erosionsschutz der landwirtschaftlichen Entwicklung präsent.

Die Landschaft, wie wir sie kennen, ist das Ergebnis eines dynamischen Prozesses. Über Jahrtausende haben Klima, Vegetation und Geologie eine Welt aus Ebenen, Hügeln und Bergen modelliert.

Von stabil (Fels) bis in ständiger Bewegung (Dünen) gibt es alle Formen, die meisten aber befinden sich in einem empfindlichen Gleichgewicht. Pflanzen spielen die entscheidende Rolle in der Regulierung dieser Prozesse. Heutige ingenieurtechnische Eingriffe beruhen dagegen auf einem statischen Modell: Vegetation, Wasser und Boden gehen nur über ihre Extremwerte in die Rechnung ein.

„Die sogenannte Lösung eines Problems ist in vielen Fällen nichts anderes als dessen Verlagerung auf einen anderen räumlichen Bereich.“

Besonders deutlich wird das bei den gehäuften Hochwassern: Statt eines weiträumigen systemanalytischen Ansatzes wurden Bäche eingedämmt und beschleunigt; Bodenabtrag, nicht standortgerechte Landwirtschaft und das Ansammeln von Oberflächenwasser blieben. Erste Ansätze eines Wandels sind die Förderung von Feldmauern in der Bretagne, die Begrünung der Weinberge in Deutschland und die Renaturierung kleinerer Bachläufe.

Bei Trassen in Hanglagen wird die Schichtung im Boden als gleichbleibend angenommen. Unsere Erfahrung zeigt: Das Anschneiden von Horizonten verändert immer die Wasserführung, damit Bodenchemie und Bodenmechanik, schließlich Vegetation und Hangstabilität. Nach zyklischen Veränderungen, die bis zur Katastrophe führen können, stellt sich ein neuer stabiler Zustand ein.

EcoStab bietet deshalb ein dynamisches Modell, das jahreszeitliche Relationen, längere Zeiträume und das weitere Umfeld integriert, im städtischen Raum auch die sozio-ökologische Komponente. Die Maßnahmen entwickeln sich danach selbstständig, brauchen wenig Unterhalt und werden mit der Zeit immer stabiler.

Ecofarming ist der gebräuchliche Name der von Prof. Kurt Egger und seinem Team entwickelten Theorie des standortgerechten Landbaus in den Tropen – eine Grundlage der modernen Agrarökologie und ausdrücklich eine Methode der Humanökologie.

Ein komplexes System aus landwirtschaftlichen Techniken und Erosionsschutz, das eine nachhaltige, hoch produktive Bewirtschaftung ermöglicht, auch auf schwierigen Böden wie Laterit oder in Hanglagen. Die Techniken stammen größtenteils aus traditionellen Anbauweisen in Afrika und Asien und beziehen lokale Erfahrung und die Kreativität der Nutzer ausdrücklich ein. Anders als die vor allem in Nordamerika und Australien verbreitete „conservation agriculture“ handelt es sich um gartenbauliche Techniken, die vor allem Kleinbauern zugutekommen.

Ecofarming schließt immer eine Tierhaltung ein, zur Erzeugung von Proteinen, zum Aufschluss von Restprodukten und zur Düngerproduktion, mit zeitweiser bis vollständiger Stallhaltung; atypische Beweidung (flash grazing) kann sinnvoll sein.

• ab 1974 · PAP, Projet agro-pastoral Nyabisindu, Ruanda
• 1985–1994 · PIASP, Projet de l’intensification agro-sylvo-pastorale, Mugusa, Ruanda
• ab 1994 · FÖLT, Verein zur Förderung des ökologischen Landbaus in den Tropen, Gikongo, Ruanda