Optimierung der Baumartenverteilung in Städten zur Maximierung naturbasierter Lösungen

Warum Stadtbäume heute wichtiger sind denn je

Viele Städte eilen voran, um tausende neue Bäume zu pflanzen, in der Hoffnung, Straßen zu kühlen, die Luft zu reinigen und Regenwasser aufzunehmen. Diese Studie argumentiert jedoch, dass die bloße Anzahl von Bäumen nicht ausreicht. Verschiedene Baumarten erfüllen sehr unterschiedliche Aufgaben, und jedes Viertel steht vor einer eigenen Mischung aus Hitze, Überschwemmungsrisiken und Luftverschmutzung. Durch das sorgfältige Abgleichen der „richtigen Bäume“ mit den „richtigen Orten“ zeigen die Autoren, dass Städte aus der gleichen Grünfläche deutlich mehr Nutzen ziehen können.

Städtische Probleme sind nicht überall gleich

Philadelphia, der Schwerpunkt dieser Untersuchung, veranschaulicht, wie ungleich die Bedingungen in einer Stadt sein können. Mithilfe von Satellitendaten, Berichten über Überflutungen aus der Bevölkerung, Luftverschmutzungsaufzeichnungen und Karten der Landnutzung teilte das Team die Stadt in kleine Rasterzellen ein und bewertete jede Zelle danach, wie dringend sie Unterstützung bei Starkregen, Hitze, Luftqualität und klimawirksamem Kohlenstoff benötigte. Dichte zentrale und südliche Bezirke, bedeckt mit Asphalt und älteren Entwässerungssystemen, erwiesen sich als Brennpunkte sowohl für Überschwemmungen als auch für extreme Hitze. Bereiche in der Nähe vielbefahrener Straßen zeigten eine höhere Nachfrage nach sauberer Luft. Im Gegensatz dazu wiesen Viertel neben großen Parks und Flusskorridoren generell geringere Bedarfe auf. Dieses Mosaik unterschiedlicher Bedürfnisse bedeutet, dass eine Einheitsstrategie für Bäume zwangsläufig Chancen verpasst.

Nicht alle Bäume leisten die gleiche Arbeit

Um zu verstehen, was verschiedene Bäume beitragen können, nutzten die Forscher ein detailliertes Inventar des städtischen Waldbestands von Philadelphia und ein weit verbreitetes Modellierungswerkzeug namens i-Tree Eco. Sie untersuchten die 30 häufigsten Baumarten, die bereits in der Stadt wachsen, und schätzten, wie viel jede einzelne pro Flächeneinheit Kronenfläche zu vier Leistungen beitragen kann: das Abfangen feiner Partikel aus der Luft, das Speichern von Kohlenstoff, das Abfangen von Regenwasser und die Reduzierung des Energieverbrauchs von Gebäuden durch Beschattung und Kühlung. Die Unterschiede waren auffällig. Einige Bäume waren exzellent beim Aufsaugen von Regen, aber nur durchschnittlich bei der Gebäudekühlung. Andere banden viel Kohlenstoff, waren jedoch weniger überzeugend bei der Luftreinigung. Mehrere in Philadelphia sehr häufig vorkommende Arten, wie Platane und Zierbirne, erwiesen sich über alle vier Leistungen hinweg als schwächere Akteure verglichen mit anderen derzeit seltenen Arten.

Die beste Mischung von Baumarten entwerfen

Statt nach einem einzigen „Superbaum“ zu suchen, behandelte das Team die Auswahl der Arten als Balanceakt. Sie setzten einen Multi-Objective-Optimierungsalgorithmus ein, eine Art genetischer Suche, die zahllose Kombinationen erkundet, um die beste Mischung aus neun leistungsstarken Arten für jede Rasterzelle zu finden. Der Algorithmus versuchte, alle vier Vorteile gleichzeitig zu maximieren und berücksichtigte dabei Zielkonflikte: Eine Art zu favorisieren, die sich hervorragend für Sturmwasser eignet, könnte etwa die Gewinne bei Kühlung oder Kohlenstoff leicht vermindern. Aus den vielen nahezu optimalen Lösungen wählten die Autoren einen Kompromiss, der in jeder Kategorie starke Ergebnisse lieferte. Diese Lösung empfahl eine stadweite Mischung, dominiert von einigen wenigen Arten – insbesondere Silberahorn, Rotahorn, Amberbaum, Zuckerahorn und Tulpenbaum –, die zusammen etwa 85 Prozent der idealen Pflanzpalette ausmachten. Wichtig ist, dass die bevorzugten Arten von Ort zu Ort variierten: Einige eigneten sich besser für dichte, überschwemmungsgefährdete Kerne, andere für grünere Außenbezirke, in denen Kohlenstoffspeicherung maximiert werden konnte.

Wie viel mehr Nutzen kann klügere Bepflanzung bringen?

Um zu prüfen, ob diese Strategie sich wirklich auszahlt, simulierten die Forschenden, was passieren würde, wenn Philadelphia seine Kronenfläche um denselben Betrag unter zwei unterschiedlichen Ansätzen erweitern würde: einmal mit der optimierten Artenmischung zellenweise und einmal mit neuen Bäumen als zufällige Zusammenstellung gängiger Arten. Mit steigendem Kronenanteil verbesserten sich in beiden Szenarien alle Ökosystemdienstleistungen. Doch die optimierte Zusammensetzung erzielte mit demselben Raum deutlich mehr. Bei einer moderaten Erhöhung der Kronenfläche um 15 Prozent entfernte die „schlaue“ Mischung etwa 28 Prozent mehr Feinstaub aus der Luft und speicherte fast 38 Prozent mehr Kohlenstoff als die zufällige Mischung. Sie erzielte rund 20 Prozent mehr Reduktion von Sturmwasser und, am eindrücklichsten, etwa 77 Prozent mehr Einsparungen beim Gebäudenergieverbrauch, was ihre Wirksamkeit gegen städtische Hitze unterstreicht. Insgesamt steigerte bessere Planung je nach Dienstleistung den Nutzen um grob 20 bis 80 Prozent, ohne einen einzigen zusätzlichen Baum zu pflanzen.

Was das für grünere, gerechtere Städte bedeutet

Die Studie schlussfolgert, dass städtische Baumpflanzkampagnen über einfache Ziele wie „Anzahl gepflanzter Bäume“ oder „Prozent Kronenfläche“ hinausgehen sollten. Indem man kartiert, wo Umweltprobleme am stärksten sind, und Arten wählt, deren Stärken zu diesen lokalen Bedürfnissen passen, können Städte deutlich mehr Kühlung, sauberere Luft, Hochwasserschutz und Kohlenstoffspeicherung aus derselben begrenzten Pflanzfläche erzielen. Die Autoren schlagen auch zwei allgemeine Faustregeln vor: Verwenden Sie kohlenstoffreiche Arten in sichereren, weniger belasteten Bereichen, um langfristige Klima­vorteile aufzubauen, und konzentrieren Sie Arten, die besonders gut kühlen, Schadstoffe filtern oder mit Wasser umgehen können, in Vierteln, die genau diese Gefahren haben. Kurz gesagt: Wie und wo wir pflanzen, ist genauso wichtig wie wie viel wir pflanzen.

Zitation: Dong, X., Ye, Y., Su, D. et al. Optimizing urban tree species composition to maximize nature-based solutions. npj Urban Sustain 6, 47 (2026). https://doi.org/10.1038/s42949-026-00361-w

Schlüsselwörter: Stadtbäume, naturbasierte Lösungen, Ökosystemdienstleistungen, städtische Hitze und Überschwemmungen, Planung von Baumarten