Hydroponik Grundlagen

Inhalt

• Grundprinzip
• Nährstoffbedarf einer Pflanze
• Varianten
• • Kratky Methode
  • Dochtsystem
  • Tropfsystem
  • Nährstoff-Film-Technik
  • Tiefwasser-Kultur
  • Aeroponik
  • Ebbe-Flut-System
  • Gegenüberstellung
• Obst- und Gemüsesorten
• Nachhaltigkeit
• Vor- und Nachteile

Grundprinzip

Der Grundgedanke der Hydroponik besteht darin, Pflanzen ohne die Verwendung von Erde anzubauen. Die Versorgung mit Nährstoffen wird stattdessen von einer speziellen Nährlösung übernommen. Mit verschiedenen Hydroponikvarianten können Pflanzen auf unterschiedliche Weise angebaut werden. Von simplen Methoden, die ohne Stromversorgung auf einer Fensterbank auskommen, bis hin zu hochtechnisierten Anlagen, die ganze Stadtviertel mit Salat versorgen können. In Deutschland ist das erdelose Anbauverfahren noch nicht sehr verbreitet. In anderen Teilen der Welt sieht das zum Teil schon ganz anders aus. Insbesondere in Ländern mit wenig fruchtbarem Ackerboden, wie Japan oder Singapur, hat die Hydroponik bereits eine größere Bedeutung. Der Markt für hydroponische Systeme wächst aber auch hierzulande. Dies betrifft sowohl private als auch kommerzielle Anwendungen der Technik.

Eine spezielle Form der Hydroponik ist die Aquaponik. Dabei dient das Abwasser aus einem Fischtank als Nährlösung für die Pflanzen.

Nährstoffbedarf einer Pflanze

Neben Wasser, Licht und Kohlendioxid benötigt eine Pflanze 13 essenzielle Nährstoffe. Diese werden in Makronährstoffe und Mikronährstoffe unterschieden. Von Makronährstoffen benötigt die Pflanze größere Mengen als von Mikronährstoffen. Sämtliche Nährstoffe müssen als pflanzenverfügbare Variante (in der richtigen chemischen Verbindung) in der Nährlösung vorhanden sein, um ein gesundes Wachstum sicherzustellen. Ein weiteres wichtiges Element ist Sauerstoff. Diesen benötigen die Wurzeln, um Nährstoffe aufnehmen zu können. Der Sauerstoff kann sowohl im gasförmigen Zustand als auch in Wasser gelöst vorliegen.

Makronährstoffe

Stickstoff, Phosphor, Kalium, Magnesium, Calcium, Schwefel

Mikronährstoffe

Eisen, Mangan, Kupfer, Zink, Bor, Molybdän, Chlor

Varianten

Es gibt unterschiedliche Ansätze für den Aufbau von Hydroponikanlagen. Grundsätzlich wird zwischen aktiven und passiven Systemen unterschieden. Passive Hydroponiksysteme kommen ohne den Einsatz von elektrischer Energie aus. Während aktive Systeme diese für Komponenten wie z.B. Pumpen benötigen. Alle Systeme sind darauf ausgelegt, dass zusätzlich zu der Nährlösung auch regelmäßig Sauerstoff an die Wurzeln gelangt, da andernfalls keine Nährstoffe von den Pflanzen aufgenommen werden können. Neben den hier vorgestellten gibt es auch noch Abwandlungen der Varianten.

Kratky Methode

Die Kratky Methode (benannt nach Dr. Bernhard Kratky) ist die wohl einfachste Möglichkeit Pflanzen hydroponisch anzubauen. Dazu wird eine Jungpflanze, die sich in einem Netztopf befindet, in die Öffnung eines Behälters (z.B. Flasche oder Eimer) bzw. in ein Loch im Deckel gesetzt. Zu Beginn ist der Behälter komplett mit einer Nährlösung gefüllt. Diese wird mit der Zeit von der Pflanze verbraucht. Gleichzeitig wachsen die Wurzeln der Pflanze, sodass sie immer Kontakt zur Nährlösung haben. Dadurch, dass zunehmend Teile der Wurzeln Luftkontakt haben, ist auch die Sauerstoffversorgung gewährleistet. Da die Luftzirkulation im Behälter gering ist, ist diese Methode eher für Pflanzen mit geringen Ansprüchen geeignet wie beispielsweise Salat und Kräuter.

Dochtsystem

Bei einem Dochtsystem gelangt die Nährlösung durch die Kapillarwirkung in den Dochten aus einem Reservoir in ein Substrat. Das Substrat befindet sich in einem Pflanzbeet und bietet den Wurzeln der Pflanzen Halt. Da nur geringe Mengen gefördert werden, befindet sich immer auch Luft zwischen den Substratpartikeln, sodass Sauerstoff für den Stoffwechsel der Pflanzen zur Verfügung steht. Es handelt sich um ein passives System, weil kein Strom zur Versorgung der Pflanzen benötigt wird. Das Fördervolumenstrom ist allerdings sehr gering ist und die Dochte können leicht verstopfen.

Tropfsystem

Bei einem Tropfsystem wachsen die Pflanzen in einem Granulat, das durch kleine Tropfen mit der Nährlösung befeuchtet wird. Beim Durchsickern der Nährlösung durch das Granulat nehmen die Wurzeln die Nährstoffe und Feuchtigkeit auf. Die überschüssige Flüssigkeit fließt über den Boden des Pflanzbeets durch einen Rücklauf zurück in das Becken. Der Einsatz einer Pumpe macht das Tropfsystem zu einem aktiven System.

Nährstoff-Film-Technik

Die Nährstoff-Film-Technik (NFT) nutzt einen konstanten Nährstofffluss, der am Boden des Pflanzbehälters einen dünnen Film bildet. Bei diesem aktiven System fördert eine Pumpe die Nährlösung aus einem Vorratsbehälter zu den Pflanzen und kann diese optional noch mit Sauerstoff anreichern. Die Sauerstoffversorgung der Wurzeln wird zusätzlich sichergestellt, indem nur ein geringer Teil der Wurzeln mit Flüssigkeit bedeckt ist und ein Großteil Luftkontakt hat. Die Nährstoff-Film-Technik ist aufgrund des einfachen Aufbaus sehr beliebt. Bei einem Pumpenausfall droht bereits nach kurzer Zeit das Absterben der Wurzeln durch Vertrocknung. 

Tiefwasser-Kultur

Bei der Tiefwasser-Kultur (Deep Water Culture – DWC) werden die Pflanzgefäße an einem Schwimmkörper befestigt, der auf der Nährlösung treibt. Die DWC gehört zu den aktiven Systemen, weil eine Pumpe Luft in die Flüssigkeit fördert, um die Sauerstoffversorgung sicherzustellen. Der Sauerstoff wird sowohl in der Nährlösung gelöst als auch über die Luftblasen von den Wurzeln aufgenommen. Die eingebrachte Luft sorgt zusätzlich für eine Zirkulation der Flüssigkeit und verhindert ein Absetzen der Nährstoffe am Boden. Einen Pumpenausfall können die Pflanzen längere Zeit problemlos überstehen.

Aeroponik

Aeroponik beschreibt ein aktives Hydroponiksystem, bei dem die Wurzeln frei in der Luft hängen und nur mit Wassertröpfchen besprüht werden. Die Art und Erzeugung der Tropfen können variieren. Es können Niederdruckpumpen, Hochdruckpumpen oder Ultraschallvernebler zum Einsatz kommen. Die erzeugten Tropfen unterscheiden sich in erster Linie in ihrer Größe. Die Versorgung mit Sauerstoff ist durch den stetigen Luftkontakt gewährleistet.

Ebbe-Flut-System

Das Ebbe-Flut-System ist eine aktive Variante der Hydroponik. Der Name beschreibt den periodisch schwankenden Wasserstand im Pflanzbehälter. Um die Pflanzen im Wechsel mit Wasser und Sauerstoff zu versorgen, wird die Flüssigkeit durch eine Pumpe in den Pflanzbehälter gefördert, bis der gewünschte Wasserstand erreicht ist. Der maximale Wasserstand wird mithilfe eines Siphons begrenzt, der bei einer bestimmten Höhe das gesamte Wasser zurück in das Becken befördert. Die Pumpe wird in regelmäßigen Abständen, aber immer nur für den Zeitraum eines Durchlaufs, eingeschaltet. Die Pflanzen wachsen in einem Substrat, das Nährstoffe und Feuchtigkeit für einen begrenzten Zeitraum speichern kann, sodass ein Pumpenausfall einige Zeit toleriert werden kann.

Gegenüberstellung der Varianten

Obst- und Gemüsesorten 

Theoretisch ist es möglich jede Pflanze hydroponisch anzubauen. Einige sind aber besser geeignet als andere. Gemüsesorten wachsen in der Regel schneller als Obstsorten und sind daher deutlich lukrativer. Erdbeeren werden allerdings schon erfolgreich ohne Erde angebaut. Neben der Wachstumsgeschwindigkeit ist auch der Platzbedarf einer Pflanze ein wichtiges Kriterium. Tief wurzelnde Arten sind weniger geeignet, ebenso wie Knollengemüse, da das Rhizom unter der Erdoberfläche wächst. Dennoch gibt es auch hier Ausnahmen, wenn das Hydroponiksystem entsprechend ausgelegt ist. So konnten auch schon Zwiebeln, Radieschen und Kartoffeln angebaut werden. Größere Pflanzen (z.B. Tomaten) benötigen ausreichend Halt, weshalb sie auf ein System mit Granulat und / oder Rankhilfen angewiesen sind. Besonders beliebt sind Kräuter und Salate, weil ihr Bedarf an Sauerstoff, Nährstoffen und Platz gering ist.

Da jede Pflanze einen anderen Nährstoffbedarf hat, wird die Nährlösung für ein optimales Wachstum entsprechend angepasst. Abhängig von ihrem Nährstoffbedarf werden Pflanzen in Schwach-, Mittel- und Starkzehrer unterteilt. Die Zuordnung einiger ausgewählter Pflanzenarten ist der Tabelle zu entnehmen. Die meisten Kräuter und klein bleibenden Salate benötigen nur wenig Nährstoff und zählen daher zu den Schwachzehrern. Schneller wachsende und größer werdende Blattgemüse haben einen größeren Nährstoffbedarf und werden den Mittelzehrern zugeordnet.  Durch die nährstoffaufwendige Ausbildung von Fruchtkörpern gehören Gemüsesorten wie Gurken und Tomaten sowie die meisten Obstsorten zu den Starkzehrern.

Nachhaltigkeit

Der hydroponische Anbau von Pflanzen ist sehr ressourceneffizient, da nur Wasser und Nährstoffe aus dem System gelangen, wenn sie durch Pflanzen aufgenommen werden. Anders als beim Anbau in Erde versickert und verdunsten nahezu kein Wasser. Der Wasserverbrauch kann dadurch um bis zu 90% reduziert werden. Die Hydroponik eignet sich daher auch für den Gemüseanbau in wasser- und nährstoffarmen Regionen. Wenn dezentral in Städten angebaut wird, können zudem Emissionen durch Transportwege eingespart werden. Bei dem Betrieb von Kleinstanlagen durch Endverbraucher kann auf die Verwendung von Einwegverpackungen verzichtet werden. 

Vorteile

• Anbau unabhängig von geografischen Bedingungen
• Ressourceneffizienz
• Schnelles Pflanzenwachstum durch optimale Versorgung
• Weniger Insektenbefall (viele Schädlinge leben im Boden)
• Skalierbare Anlagen
• Ganzjährige Ernte möglich
• Kein Unkraut

Nachteile

• Teilweise hoher Energiebedarf (Pflanzenlampen, Heizung, Pumpen)
• Geeignete Pflanzen abhängig von Hydroponikvariante
• Hohe Investitionskosten bei großen Anlagen

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