Hydrokultur

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Hydroponisch kultivierte Zwiebeln
Beispiel einer wasserkultivierten Krokuspflanze

Hydrokultur (altgr. ὕδωρ hydōr ‚Wasser‘ und lat. cultura ‚Anbau‘) oder ist eine Form der Pflanzenhaltung, bei der die Pflanzen nicht in Erdreich wurzeln sondern in wassergefüllten Behältern oder in der Natur in einem Feuchtgebiet.

Unterschieden werden dabei:

  • Hydrokultur von Zimmerpflanzen zur Innenraumbegrünung. Als Substrat dienen meist Blähtonkugeln. Die Töpfe weisen Schwimmkörper zur Anzeige des Wasserstandes auf. Den Wasserstand lässt man (durch Wasserverbrauch der Pflanzen und Verdunstung) auf ein bestimmtes Maß absinken, bevor wieder aufgefüllt wird. Dadurch wird erreicht, dass die Wurzeln Sauerstoff zur Wurzelatmung erhalten, ansonsten würden die Wurzeln verfaulen. Die dem Wasser zugesetzten Nährsalze werden dabei entweder von der Pflanze aufgenommen oder konzentrieren sich in der Lösung, beim nächsten Gießen erfolgt dann wieder eine Verdünnung und eventuell eine Nachdüngung. Die zeitlich langen Gießabstände sind den Nutzern der Pflanzen willkommen, die Pflege ist somit nicht so zeitaufwändig wie bei Pflanzen in Erdsubstrat, die Pflanzen wachsen langsamer (verändern also nicht so rasch die Höhe) und kommen wegen des langsameren Wuchses (auch artabhängig) mit dem geringen Lichtangebot von Innenräumen aus.

Pflanzenernährung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hauptartikel: Hydrokulturdünger

Die Ernährung der Pflanzen erfolgt über eine wässrige Lösung anorganischer Nährsalze. Da durch das Fehlen feiner organischer Erdbestandteile die chemischen Bodeneigenschaften stark vom natürlichen Zustand abweichen, ist normaler Pflanzendünger nur bedingt für die Hydrokultur geeignet.

Abhilfe schafft ein spezieller Hydrokulturdünger, der durch Additive den pH-Wert der Lösung in einem für viele Pflanzen geeigneten Bereich puffert. Dazu werden auch sogenannte Ionentauschgranulate genutzt, die durch Ionenaustausch die Pflanzen mit Nährstoffen versorgen und gleichzeitig im Wasser vorhandene, für die Pflanzen im Überschuss unverträgliche Mineralien wie Kalk binden.

Weil bei der mikrobiellen Umwandlung von Ammoniumionen in Nitrationen Sauerstoff verbraucht wird, der der Wurzelatmung abgeht, werden in Hydrokulturdüngern weniger Ammoniumsalze als Stickstoffdünger verwendet, sondern eher Nitrate.

Umstellung von Pflanzen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Umstellung von Boden- auf Hydrokultur gelingt in der Regel nur bei Jungpflanzen problemlos, beim Abschwemmen von Bodenbestandteilen werden bei älteren Pflanzen meist die feinen Wurzelhaare abgebrochen. Bei Umstellung von in Hydrokultur gehaltenen Pflanzen und Stecklingen auf Erdkultur verursacht das dann verringerte Sauerstoffangebot mitunter ein Faulen von Wurzeln.

Systeme[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hydrokultur bei Zimmerpflanzen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Prinzipiell können fast alle Pflanzen auch in Hydrokultur kultiviert werden. Dabei kommt es allerdings auf die Art an, ob im Vergleich mit herkömmlicher Bodenkultur ein besseres oder nur ein schlechteres Ergebnis erreicht werden kann. Beispielsweise sind manche Arten empfindlich gegenüber Staunässe oder sind eher an trockene Böden angepasst.

Für einen seriösen Vergleich ist immer auch der korrekte Umgang mit Wasserversorgung und den Konzentrationen der Nährstoffe in der Nährlösung notwendig, was anfangs nicht immer problemlos gelingt.

Durch den Flüssigkeitsvorrat am Boden des Gefäßes muss seltener gegossen werden. Da die Pflanze weniger Wurzelvolumen ausbildet, muss auch seltener umgetopft werden.

Als anorganisches Substrat wird für Zimmerpflanzen üblicherweise körniger, granulierter nicht aufschwimmender Blähton (mit einer Dichte >1) verwendet. Es sind aber, je nach Anforderung auch andere Substrate wie Kies, Basalt oder Perlit gebräuchlich. Bei den Substraten muss darauf geachtet werden, dass das Material frei von Kalk ist oder eine Aufschwemmung des Blähtons in Wasser ph-neutral ist, damit der pH-Wert der Nährlösung nicht durch das Substrat übermäßig angehoben wird. Üblicherweise unterscheidet sich Blähton für Hydrokulturen von (billigerem) Blähton zur Wärmedämmung in ebendieser pH-Wert-Stabilität.

Im Allgemeinen treten in Hydrokultur weniger Bodenschädlinge auf, da diese sich in Abwesenheit natürlicher Erde schlecht etablieren können. Gegenüber einer Bodenkultur ist die Kultivierung einzelner Zierpflanzen in Hydrokultur in Anschaffung und Unterhalt teurer: Es werden besondere Pflanzgefäße sowie spezieller Hydrokulturdünger benötigt.

Die Wurzeln der Pflanzen sollten vor dem Licht geschützt werden, damit nicht in der Nährlösung störende Algen wachsen, deren Keime leicht eingeschleppt werden, und damit nicht die Wurzeln einiger Pflanzenarten Chlorophyll entwickeln.

Hydroponik[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Vorteile der Pflanzenaufzucht mittels Hydroponik sind[4]:

  • eine Kreislaufführung von Sickerwasser führt zu
    • Einsparung von (Gieß)Wasser
    • Vermindertem Eintrag von (aus dem Bodenkörper extrahierten oder zugedüngten) Dünger- und Nährstoffen ins Grundwasser
  • Einsparung von Dünger (der ansonsten ausgewaschen oder im Boden gebunden wird)
  • Kontrolle fehlender Nährstoffe durch (automatisierte) Untersuchung des Kreislaufwassers,
    • dadurch bessere Anpassung der Nährstoffkonzentrationen an die Bedürfnisse der Pflanzen in den verschiedenen Phasen (Wachstum, Blütezeit, Fruchtbildung),
  • wegen der fehlenden Erde und meist nahezu keimfreier Arbeitsweisen (Schleusensysteme, UV-Lampen) Verringerung von Schäden durch Mikroorganismen und Kleintiere (beispielsweise Wurzelläuse, Nematoden) und Schadpilze (beispielsweise Schimmelpilze) und damit verbunden
  • üppiges Wachstum von Mutterpflanzen zur Stecklingsvermehrung
  • bessere Versorgung der Wurzeln mit Wasser und Sauerstoff,
  • weniger Platzverbrauch, weil die Wurzeln sich nicht so weit ausbreiten müssen, um zu Wasser und Nährstoffen zu kommen
  • mitunter einfachere Ernte (beispielsweise bei Erdbeeren, die überkopf in Bewässerungsrohren wachsen)
  • leichtere Überprüfbarkeit des Gesundheitszustandes von Wurzeln
  • kontinuierliche Erntbarkeit von Wurzeln (interessant bei jenen Heilpflanzen, die Wirkstoffe in den Wurzeln sammeln)
  • längere Frische von Salat, wenn er samt Wurzeln verkauft wird, er kann dann von Konsumenen eingewässert werden;
  • weniger Waschprozesse (beispielsweise von Kartoffeln) nötig als bei Erdkultur

Infolge der besseren Nährstoff- und Sauerstoff-Versorgung nimmt das Wachstum zu, Gemüse wird früher erntereif und optimaler Ertrag in der Zeit wird gewährleistet. Die höheren Kosten für Substrate fallen hier weniger ins Gewicht als bei der Innenraumbegrünung.

Außerdem ist damit der Anbau von Pflanzen unter extremen Bedingungen, in Hallen, in städtischen Gebäuden, in Forschungsstationen am Südpol, auf exponierten Inseln mit wenig fruchtbarem Boden oder im Weltraum einfacher oder erst möglich.

Substrate[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Das Substrat dient lediglich dazu, den Wurzeln Halt zu geben und die Pflanzen so aufrecht zu halten und Hohlräume für die Wurzeln zu bieten, trägt aber nicht zur Ernährung der Pflanzen bei. Die meisten Substrate für Hydroponik sind poröser als Erde, der Porenraum ist um den Faktor 1,3 bis 3 fach größer [4]. Mehr Luftraum bedeutet mehr Sauerstoff im Wurzelbereich, mehr Platz für Wurzeln und weniger Energieaufwand oder Stress für die Pflanzen, um Wurzeln „einzubohren“.

Wichtige Faktoren für Substrate sind:

  • Wasserhaltevermögen (die Menge an Wasser, die eine Substanz aufnehmen kann)
  • Retention (Boden): Die Kraft, die das Wasser im Substrat hält und welche Saugkraft die Wurzeln entwickeln müssen, um das Wasser daraus adsorbieren zu können.)
  • Rohdichte (vulgo Gewicht trocken und nass)
  • Partikelgröße
  • Durchlässigkeit
  • pH-Wert
  • Ionenbindungsvermögen und -austauschkapazität
  • Phytotoxizität (beispielsweise kupferfreies Gestein)

Zur Aussaat und bei Tropfbewässerung wird häufig Mineralwolle verwendet, aus der die Jungpflanzen in andere Substrate umgesetzt werden. Andere verwendete anorganische Substrate sind[4]: Steinwolle und Glaswolle, Lavasteine, Bimssteine, Vermiculit, Perlit, Blähtonkügelchen, Kies oder Sand und Glasschaum[5] und Ziegelsplit[5]; übliche naturorganische Substrate sind: Torfgranulat, (zu Blöcken gepresste) Kokosnussfasern, Sägemehl, minderwertige Braunkohle[6], Kompostpresslinge[5], Reisspelzen[5] und Hackschnitzel[5] sowie Kunststoffabfälle wie Polystyrol-Verpackungschips[5]

Kultivierungsformen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Neben der für Zierpflanzen verbreiteten Kultivierung in Substraten werden besonders im Erwerbsgartenbau andere Kultivierungsformen angewendet.

Ebbe-Flut-System[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Pflanzen auf Pflanzentischen in Gärtnereien und in Hydroponik-Anlagen im Pflanzenbau werden häufig mit einem Ebbe-Flut-System (englisch "ebb and flow" oder "flood and drain") be- und entwässert. Die Pflanzen stehen dazu in wasserdichten Wannen. Die Bewässerung erfolgt mittels Wasserpumpen. Das automatische Ablassen des (mit Dünger angereicherten) Gießwassers führt dazu, dass die Pflanzenwurzeln wieder mit Sauerstoff versorgt werden, ansonsten würden sie unter Luftabschluss verfaulen oder keine Nährstoffe aufnehmen - die Pflanze würde das Wachstum einstellen. Das zufließende Wasser löst das Wurzelatmungs-Stoffwechselprodukt Kohlenstoffdioxid und entfernt es so aus dem Substrat, der absinkende Wasserspiegel saugt dann Frischluft von oben nach, wodurch von der Pflanze erneut Nährstoffe aufgenommen werden können und sie schneller wächst (als nur durch die übliche Befeuchtung des Substrats) und wodurch der hydroponische Anbau effizienter ist[7][8].

Hauptartikel: Heber (Gerät)

Bei manchen hydroponischen Ebbe-Flut-Systemen wird das Gießwasser kontinuierlich (also ohne Intervalle, ohne eine fehleranfällige Zeitschaltuhr) aus einem Wasserspeicher in die Pflanzenwanne („Oberwasser“) gepumpt. Nach Erreichen des gewünschten Wasserspiegels in der Pflanzenwanne wird das Wasser über einen Ablaufsiphon wieder in einem Schwall in den darunter befindlichen Wasserspeicher („Unterwasser“) abgelassen und so die Pflanzenwanne geleert.

Deep Water Culture (DWC)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Pflanzenkultivierung in Deep Water Culture
Die Wurzeln einer hydroponisch gezogenen Pflanze

Deep Water Culture ist eine Anbauform, bei der die Pflanzen schwimmend in Nährlösung gehalten werden und die Wurzeln direkt in der gut belüfteten Nährlösung hängen.

Meist werden die Pflanzen mit substratgefüllten Netztöpfen in entsprechend gelochte Styroporplatten gesteckt und diese dann in Becken mit Nährlösung gelegt.

Da Wurzeln neben Wasser und Nährstoffen auch Sauerstoff benötigen, muss das Nährlösungsbecken gut belüftet werden, damit permanent Luftbläschen aufsteigen. Wird dies unterlassen, sterben die Wurzeln und mit ihnen die Pflanzen rasch ab.

Nutrient Film Technique (NFT)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Salatanbau in Hydrokultur. Im Vordergrund NFT-Kanäle

Auch die Nährlösungsfilm-Technik ist eine Anbauform, bei der die Pflanzen in Kanälen bzw. Rohren gezogen werden, die in einem leichten Gefälle (1–2 %) verlegt sind und von Nährlösung durchflossen werden. Die Pflanzen werden meist mit substratgefüllten Netztöpfen in passende Löcher in die Kanäle gesetzt.

Die Wurzeln der Pflanzen liegen teils in der Nährlösung, teils oberhalb im luftgefüllten Bereich des Kanals. In NFT können die Pflanzen sehr leicht geerntet und gewechselt werden. Problematisch können sehr lange Kanäle (>100 m) sein, in denen sich bei Sonneneinstrahlung die Nährlösung zu stark erwärmt oder zum Ende des Kanals einen zu geringen Nährsalzgehalt hat, so dass die letzten Pflanzen weniger gutes Wachstum zeigen.[9]

Die Größe der Kanäle und der Abstand der Pflanzen müssen dem Wurzelwachstum der Pflanzen angepasst werden, damit der Kanal nicht im Laufe der Zeit verstopft und damit der Fluss unterbrochen wird.

Weitere hydroponische Systeme[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
  • Tröpfchenbewässerung[4]
  • Aero-Hydroponik: Ein unten offenes Rohr reicht ins Wasserreservoir am Boden eines Pflanzenbehälters. Unten ins Rohr eingepumpte Luft(blasen) zieht das Wasser nach oben und reichert es gleichzeitig mit Sauerstoff an. Das Wasser wird über Tröpfchenbewässerungssysteme verteilt. Auch Systeme mit Wasserpumpen für Tröpfchenbewässerung, bei denen das Sickerwasser in das Wasserreservoir zurückfließt werden Aero-Hydroponik genannt[4].
  • Bei Aeroponik wird die Nährlösung mithilfe von von Ultraschallverneblern in Luft feinst vernebelt. Diese Methode lässt Wurzeln stärker wachsen als das grüne Kraut, darum wird sie hauptsächlich zur Stecklingsbewurzelung verwendet[4].
  • Vertikaler Anbau[4]
  • passive Systeme:

Aquaponik ist eine Kombination aus Fischzucht und Hydroponik bei der die Fischausscheidungen als Dünger genutzt werden. Wasser aus einem Sammeltank wird belüftet zuerst in den Fischbehälter gepumpt, desen Überlauf rinnt über einen Nitrifikationsfilter (zur Umwandlung von Ammoniumstickstoff in Nitratstickstoff) weiter zu den Pflanzen und von dort zurück in den Sammeltank.

Das Integrated Floating Cage Aquageoponics System (IFCAS) kombiniert Aquaponik und Pflanzenanbau im Erdboden[10].

Bei Vermiponics wird Wurmtee aus einer Wurmfarm als Naturdünger für Hydroponik eingesetzt.

Marktentwicklung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für den globalen Wirtschaftsmarkt für Hydroponik-Ausrüstung wurde 2017 eine jährlichen Wachstumsrate von 18,1 % prognostiziert, mit einer Steigerung von 226,45 Millionen US-Dollar 2016 auf 724,87 Millionen US-Dollar 2023.[11] Nach anderer Quelle aus 2018 umfasste der Markt 2016 21,2035 Milliarden US-Dollar mit einer jährlichen Wachstumsrate von 6,5 %[12]

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Margot Schubert: Mehr Blumenfreude durch Hydrokultur. 7. durchgesehene Auflage. BLV, München 1980, ISBN 3-405-12222-8.
  • Hans-August Rotter Hydrokultur: Pflanzen ohne Erde mühelos gepflegt. Falken, Niedernhausen 1980, ISBN 3-8068-4080-6.
  • Gabriele Vocke, Karl-Heinz Opitz: Prächtige Blumen und Pflanzen in Hydrokultur. 3. Neuauflage. Lenz, Bergneustadt 1988, OCLC 633566436; Hydrokultur: mühelos prächtige Blumen und Pflanzen im Heim. Überarbeitete und erweiterte Neuausgabe, Frech, Stuttgart 1988, ISBN 3-7724-1144-4.
  • Günther Kühle: Zimmerpflanzen in Hydrokultur. 6. Auflage. Neumann, Leipzig u. a. 1990, ISBN 3-7402-0014-6.
  • Joachim Herbold: Bodenunabhängige Kulturverfahren im Gemüsebau: Produktionstechnik, Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit, 136 Tabellen (= Hohenheimer Arbeiten). Ulmer, Stuttgart 1995, ISBN 3-8001-8238-6 (Dissertation Universität Hohenheim 1994, 277 Seiten, illustriert, unter dem Titel: Bodenunabhängige Kulturverfahren im Gewächshausgemüsebau).
  • Karl-Heinz Opitz: Hydrokultur. Die einfache Pflanzenpflege. Üppige Zimmerpflanzen ohne Erde. Mit Tips für die Pflanzen- und Gefässwahl (= GU-Ratgeber Zimmerpflanzen). Gräfe und Unzer, München 1995, ISBN 3-7742-1681-9.
  • Jiancun Liu: Entwicklung eines Systems zum Anbau von Gemüse in Fliessrinnenkulturen nach dem „Cultan“-Verfahren, 1996, DNB 950185590, OCLC 64543471 (Dissertation Universität Bonn 1996, 222 Seiten).
  • Margot Schubert, Wolfgang Blaicher: 1 × 1 der Hydrokultur (= BLV Garten- und Blumenpraxis), 8. durchgesehene Auflage, Neuausgabe. BLV, München u. a. 1998, ISBN 3-405-15339-5.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Kirsten Engelke: Die Wurzel - die Nährstoffaufnahme, (pdf-Datei); Innovation 1/2011, Seite 17, abgerufen Mai 2018
  2. Hydroponik
  3. Einsatz hydroponischer Systeme zur ressourceneffizienten landwirtschaftlichen Wasserwiederverwendung(pdf-Datei), Bundesministerium für Bildung und Forschung, Dezember 2016, abgerufen Mai 2018
  4. a b c d e f g h William Texier: Hydroponik leicht gemacht - Alles über Pflanzenanbau im Haus, übersetzt von Astrid Schünemann, Illustrationen von Loriel Verlomme, Verlag Mama Editions, Paris, 2013, 2014, 2015, ISBN 978-2-84594-087-1
  5. a b c d e f Kevin Espiritu: Hydroponic Growing Media
  6. Jacek Dyśko, Stanisław Kaniszewski, Waldemar Kowalczyk:Lignite as a new medium in soilless cultivation of tomato, Journal of Elementology, 20(3). 559-569. DOI: 10.5601/jelem.2014.19.1.622, ISSN 1644-2296
  7. Hydroponik
  8. Einsatz hydroponischer Systeme zur ressourceneffizienten landwirtschaftlichen Wasserwiederverwendung(pdf-Datei), Bundesministerium für Bildung und Forschung, Dezember 2016, abgerufen Mai 2018
  9. englischsprachiger Text zu NFT
  10. Haque: Integrated floating cage aquageoponics system (IFCAS): An innovation in fish and vegetable production for shaded ponds in Bangladesh. In: Aquaculture Reports. 2, 2015, S. 1–9. doi:10.1016/j.aqrep.2015.04.002.
  11. Global Hydroponics Market Report 2017-2023: Market is expected to grow from $226.45 million in 2016 to reach $724.87 million by 2023 - Research and Markets
  12. Hydroponics Market - Segmented by Type, Crop Type, and Geography - Growth, Trends and Forecasts (2018 - 2023)

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Hydrokultur – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien