Betonowe krajobrazy miast niechętnie ustępują miejsca zielonej infrastrukturze. Gdzieniegdzie pojawiają się jednak ciekawe rozwiązania pozwalające mieć nadzieję, że nie jesteśmy całkiem skazani na życie w otoczeniu betonu, asfaltu i cegieł. Do takich rozwiązań należą dachy zielone – specjalne instalacje łączące ekologię, biotechnologię i architekturę. Ich badaniem zajmuje się mgr Katarzyna Larysz, biolożka z Międzynarodowej Środowiskowej Szkoły Doktorskiej Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach. Doktorantka sprawdza m.in., jak rośliny wieloletnie radzą sobie na takich dachach.

Mgr Katarzyna Larysz

Dachy zielone to zaawansowane inżynieryjnie, wielowarstwowe konstrukcje tworzące na budynkach, parkingach podziemnych czy przystankach funkcjonalne ekosystemy. Choć kojarzą się głównie z płaskimi powierzchniami, mogą być również instalowane na dachach ukośnych, które dominują w przestrzeni miejskiej. Badania roślinności, która mogłaby zostać wykorzystana na takim właśnie dachu, prowadzi mgr Katarzyna Larysz w ramach swojego doktoratu pisanego pod okiem dr hab. Edyty Sierki, prof. UŚ. Jej celem jest przeprowadzenie wieloaspektowych, ambitnych badań środowiskowych. Mają one wykazać, że rzadko rozważane dotychczas dachy nachylone mogą w pełni realizować swój potencjał ekologiczny w miastach.

Funkcje dachu zielonego

Współczesna inżynieria pozwala na zakup gotowych, komercyjnych elementów dachów zielonych. Jak wyjaśnia doktorantka, podstawę konstrukcji stanowi warstwa hydroizolacyjna zabezpieczająca strop budynku. Na niej znajduje się warstwa drenażowa gromadząca wody opadowe i odprowadzająca ich nadmiar. Kolejna, filtrująca, zabezpiecza przed zatkaniem odpływu przez ulokowany na niej substrat, który z kolei umożliwia zakorzenienie się roślin. Górną warstwę stanowią rośliny. Wybór odpowiedniego rozwiązania zależy od konstrukcji budynku, przeznaczenia dachu i planowanych nasadzeń. Całość instalacji jest stosunkowo ciężka, ponieważ obejmuje samą konstrukcję dachu, ale też substrat i gromadzącą się wodę. Na dachach instalowane są konstrukcje intensywne o grubości podłoża powyżej 20 cm, na których można sadzić nawet drzewa, a także ekstensywne, z cieńszą warstwą ziemi do 20 cm. To właśnie dachy ekstensywne, ze względu na mniejszą wagę, są idealnym materiałem do szerokiego wdrażania w miastach.

– Dużą liczbę takich rozwiązań można spotkać m.in. w Kanadzie, dlatego w ramach swoich badań współpracuję z University of Toronto Scarborough w Ontario – mówi biotechnolożka.

Z hałd prosto na dachy

Tradycyjne ekstensywne dachy zielone są zakładane głównie na powierzchniach o niewielkim kącie nachylenia i pokrywane niemal wyłącznie matami rozchodnikowymi z roślinami z rodzaju Sedum sp. To sprawia, że różnorodność biologiczna oraz zdolności retencyjne takich instalacji są ograniczone w porównaniu do innych rozwiązań. Aby przełamać dotychczasową monokulturę na dachach ukośnych, mgr Katarzyna Larysz próbuje wprowadzić pnącza jako zupełnie nową grupę roślin, badając ich wpływ na inne gatunki oraz gospodarkę wodną modelowego ekosystemu.

Największą ciekawostką jest sposób doboru roślin na dachy zielone, również w prowadzonych przez doktorantkę badaniach. Warunki w miastach są ekstremalnie trudne, zwłaszcza gdy zmagamy się z suszą. W zespole badawczym, w którym doktorantka realizuje swoje badania, testowany jest dobór roślin opierający się na koncepcji tzw. siedlisk analogicznych (ang. Habitat Template Approach) zaproponowanej przez prof. J.T. Lundholma z Kanady. Polega ona na wykorzystywaniu gatunków roślin naturalnie występujących w trudnych warunkach środowiskowych w podobnych warunkach w przestrzeni miejskiej. Materiał biologiczny w przypadku badań mgr Katarzyny Larysz został zebrany z pokopalnianych hałd skały płonnej. Skoro badane gatunki roślin przetrwały w tak trudnym środowisku, jak tereny poprzemysłowe, mają największą szansę sprawdzić się na dachach zielonych w mieście.

Gatunki wyselekcjonowane zostały na podstawie wcześniejszych wyników doniesień członków zespołu badawczego oraz badań własnych. Na dachach testowane są m.in. żmijowiec zwyczajny, kostrzewa czerwona i komonica zwyczajna. Dobór ten obejmuje byliny, trawy oraz rośliny motylkowe reprezentujące odrębne typy funkcjonalne, co stanowi nowatorski wkład w rozwój zielonej miejskiej architektury.

Dach zielony z nasadzonym gatunkiem wieloletnim (żmijowcem zwyczajnym)

EKG roślin, czyli nowoczesne laboratorium

Badania doktorantki mają charakter aplikacyjny. Mgr Katarzyna Larysz łączy wieloletnie obserwacje i pomiary terenowe in situ z pracą laboratoryjną i analizami statystycznymi. Projekt nie dotyczy samych roślin, ale ich ujęcia ekosystemowego – naukowczyni wraz z zespołem identyfikuje stan fizjologiczny, morfologiczny i funkcjonalny roślin oraz ich udział w zdolności retencyjnej dachu. Do monitorowania stanu fizjologicznego roślin wykorzystuje czujniki i urządzenia badające ich parametry życiowe na specjalnie przygotowanym do badań dachu.

– Analizę parametrów wymiany gazowej oraz fluorescencji chlorofilu można porównać do wykonywania roślinie badania ludzkiego EKG. W ten sposób powstaje „pakiet informacyjny” o stanie fizjologicznym rośliny, będący odpowiedzią na panujące warunki w środowisku. Wraz z innymi parametrami m.in. SLA (specyficzną powierzchnią liścia), wysokością, biomasą, zawartością barwników oraz morfologią korzeni – identyfikowane są cechy roślin kluczowe dla ich przetrwania w trudnych warunkach miejskich – wyjaśnia autorka badań.

Jednym z ważniejszych aspektów badań doktorantki, a także nowością w badaniach dachów zielonych, jest analiza kąta nachylenia zielonego dachu i jego znaczenie dla pełnionych świadczeń ekosystemowych.

– Podążając ulicami Katowic, łatwo zauważyć, że zdecydowana większość budynków ma dachy skośne. Choć w mieście z powodzeniem funkcjonują już np. przystanki z dachami zielonymi, instalacja roślinności na dużych skosach to technologiczne wyzwanie, które znalazło już propozycje rozwiązań zmniejszających ryzyko zsunięcia się warstw dachu razem z roślinami, ale te rozwiązania wymagają dalszych badań – przyznaje doktorantka.

Aby wypełnić lukę w światowej wiedzy, na terenie Zakładu Zieleni Miejskiej w Katowicach uruchomiona została aparatura badawcza. We współpracy ze specjalistami z firmy PREVAC Sp. z o.o. zbudowany został modelowy, w pełni zautomatyzowany system dachowy ME2. Jak wyjaśnia badaczka, konstrukcja ta ma mechanizm umożliwiający zmianę nachylenia warstwowej powierzchni dachowej z substratem i roślinami aż do kąta 30°. Oprogramowanie badawcze obiektu pozwala na bieżąco monitorować wyniki i sprawdzać, jak nachylenie oraz przestrzenne rozmieszczenie roślin modyfikują ich stan ekofizjomorfologiczny i zdolności retencyjne obiektu.

Ekologiczny bilans

Wybór roślin, które można wprowadzać na dachy zielone, ma wiele konsekwencji także dla utrzymania takiej konstrukcji. Jak przyznaje doktorantka, praktyczne wykorzystanie dachów zielonych wiąże się z koniecznością dbania o nie, które jest inne w zależności od tego, czy sadzone są gatunki jednoroczne, czy wieloletnie. Kluczowym wyzwaniem jest kontrola spontanicznego wkraczania roślin oraz wspieranie ich rozprzestrzeniania się przez zwierzęta.

– Z jednej strony ważne jest, aby stosowany substrat był wolny od nasion, w przeciwnym razie po jednym sezonie dach mógłby zostać przejęty przez niepożądany gatunek dominujący. Z drugiej – w środowisku spontaniczność procesów jest zjawiskiem… naturalnym. Nie działamy więc przeciwko tym procesom, stawiamy raczej na ich mądre monitorowanie i zdobywanie jak najwięcej wiedzy, którą można wykorzystać do budowania trwałych ekosystemów miejskich, wykorzystując zasoby regionalne roślin – podkreśla autorka badań.

Łączenie analizy cech funkcjonalnych roślin z metodami zatrzymywania wody deszczowej to przyszłość ekologii miast. Wyniki badań prowadzonych w ramach projektu doktorskiego dadzą naukową podstawę do tego, by dachy nachylone w miastach przestały być niewykorzystaną przestrzenią, a stały się narzędziem w walce z wieloma niekorzystnymi zjawiskami. Stosowane na dachach skośnych ekstensywne, a także intensywne zielone dachy to m.in.: ochrona przed podtopieniami, walka z miejskimi wyspami ciepła, poprawa jakości powietrza, a także dodatkowa przestrzeń dla ptaków i owadów. To lepsza jakość życia dla mieszkańców.