Sauerstoff - der unterschätzte Faktor beim erdelosen Anbau

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Eine Pflanze benötigt Wasser, Nährstoffe und Licht, um zu wachsen. Sie nimmt Kohlendioxid auf und gibt Sauerstoff ab. So lernt man es bereits in der Schule. Wieso also ist Sauerstoff dann so ein wichtiges Thema in der Hydroponik? Eine Pflanze benötigt das Gas für viele Stoffwechselprozesse. Dazu verwendet sie auch nach Möglichkeit den selbst produzierten Sauerstoff. Jedoch wird dieser nur in den grünen Bereichen der Pflanze - also überirdisch in den Blättern - gebildet. Da eine Pflanze nicht über die Fähigkeit verfügt, den Sauerstoff über längere Strecken zu transportieren, wie es beispielsweise in unseren Adern der Fall ist, ist der unterirdisch liegende Teil auf Sauerstoff aus der unmittelbaren Umgebung angewiesen. Der Effekt wird durch sogenannte Staunässe schnell sichtbar. Wenn Erde dauerhaft mit Wasser gesättigt ist, sterben viele Pflanzen aufgrund von Wurzelfäule bereits nach einigen Tagen ab. Selbst große Bäume können einen solchen Zustand nur kurze Zeit überstehen. Nur einzelne spezialisierte Arten wie beispielsweise die Sumpfzypresse können dauerhaft in überflutetem Boden überleben. Grund für das Absterben der Wurzeln ist nicht die Anwesenheit von Wasser, sondern die Abwesenheit von Sauerstoff. Dieser gelangt durch das Wasser nicht mehr tief genug ins Erdreich. Verstärkt wird der Effekt durch im Boden lebende Mikroorganismen, die ebenfalls Sauerstoff verbrauchen und mit den Wurzeln konkurrieren. 

Da in der Hydroponik die Pflanzen in einer flüssigen Nährlösung wachsen, ist es naheliegend, dass die Gefahr der Unterversorgung der Wurzeln mit Sauerstoff groß ist. Aus diesem Grund sind die verschiedenen Systemvarianten entstanden. Bei der passiven Kratky Methode wird auf Technik zur Sauerstoffanreicherung der Nährlösung verzichtet. Dies hat zur Folge, dass die Pflanzen verhältnismäßig langsam wachsen. Die teilweise wesentlich aufwendiger gestalteten Konzepte wie Aeroponik und Ebbe-Flut-System dienen in erster Linie der verbesserten Sauerstoffversorgung durch die Bildung feiner Tropfen bzw. das zyklische Versorgen der Wurzeln mit Nährlösung und Luft. Bei der Nährstofffilmtechnik (NFT) ist der Flüssigkeitsfilm so dünn, dass durch die große Oberfläche ein ausreichender Gasaustausch gewährleistet ist. Bei Behältern mit geringer Zirkulation wie in der Tiefwasserkultur (DWC) kann das Einbringen von Luftblasen (z.B. durch Teichbelüfter) die Sättigung des Wassers erhöhen.

Ein weiterer wichtiger Punkt neben der Wahl des richtigen Verfahrens ist die Vermeidung von Bakterienwachstum. Organische Substanzen z.B. organische Substrate wie Kokos, aber auch organische Dünger, sollten nicht in größeren Mengen in die Nährlösung gelangen, da sie die Nahrungsquelle vieler Bakterien sind. Aus diesem Grund sollten immer mineralische Dünger, die für Bakterien uninteressant und direkt pflanzenverfügbar sind, in der Hydroponik verwendet werden. In der Aquaponik gestaltet sich dies allerdings schwieriger. Die von den Fischen abgegebenen Nährstoffe enthalten immer organische Bestandteile. Diese müssen zwangläufig von Bakterien zersetzt werden. Aquaponikanlagen sollten daher mit zusätzlichen Vorrichtungen zur Sauerstoffversorgung (z.B. Belüfter/Umwälzung in Fischtank und Biofilter) ausgestattet sein. Auch, weil die Fische auf einen ausreichenden  Gasaustausch angewiesen sind. 

Die Temperatur der Nährstofflösung spielt ebenfalls eine wichtige Rolle. Wasser verliert mit zunehmender Temperatur die Fähigkeit Gase zu lösen. Aus diesem Grund sollte darauf geachtet werden, dass sich die Hydroponikanlage nicht zu sehr erwärmt. Eine ausreichende Sauerstoffversorgung erkennt man übrigens an weißen Wurzeln. Sind die Wurzeln braun und/oder mit einer schleimigen Schicht überzogen, sollten Sauerstoffmangel und Bakterienbefall in Betracht gezogen werden.

English version

A plant needs water, nutrients and light to grow. It absorbs carbon dioxide and releases oxygen. That's what you learn at school. So why is oxygen such an important topic in hydroponics? In fact, plants need it for many metabolic processes. If possible, it also uses the oxygen it produces itself for this purpose. However, this is only produced in the green areas of the plant - i.e. above ground in the plant's leaves. As a plant does not have the ability to transport oxygen over longer distances, the underground part is dependent on oxygen from the immediate surroundings. The effect quickly becomes visible through so-called waterlogging. If soil is permanently saturated with water, many plants die after just a few days due to rotting roots. Even large trees can only survive such conditions for a short time. Only individual specialized species such as the bald cypress can survive permanently in flooded soil. The reason for the death of the roots in this case is not the presence of water, but the absence of oxygen. This no longer reaches deep enough into the soil due to the water. The effect is intensified by microorganisms living in the soil, which also consume oxygen and compete with the roots. 

As the plants grow in a liquid nutrient solution in hydroponics, it is obvious that there is a high risk of the roots being undersupplied with oxygen. This is why the different system variants have been developed. The passive Kratky method does not use technology to enrich the nutrient solution with oxygen. As a result, the plants grow relatively slowly. Concepts such as aeroponics and the ebb and flow system, some of which are much more complex, primarily serve to improve the oxygen supply by forming fine droplets or cyclically supplying the roots with nutrient solution and air. In the nutrient film technique (NFT), the liquid film is so thin that the large surface area ensures sufficient gas exchange. In containers with low circulation, such as in deep water culture (DWC), the introduction of air bubbles (e.g. by pond aerators) can increase the saturation of the water.

Another important point in addition to choosing the right process is avoiding bacterial growth. Organic substances, e.g. organic substrates such as coco, but also organic fertilizers, should not enter the nutrient solution in large quantities, as they are the food source of many bacteria. For this reason, mineral fertilizers that are uninteresting to bacteria and directly available to plants should always be used in hydroponics. In aquaponics, however, this is more difficult. The nutrients released by the fish always contain organic components. These must inevitably be decomposed by bacteria. Aquaponics systems should therefore be equipped with additional devices for oxygen supply (e.g. aerator/circulation in fish tank and biofilter). This is also because the fish are dependent on sufficient gas exchange. 

The temperature of the nutrient solution also plays an important role. Water loses its ability to dissolve gases as the temperature increases. For this reason, care should be taken to ensure that the hydroponic system does not heat up too much. A sufficient oxygen supply can be recognized by white roots. If the roots are brown and/or covered with a slimy layer, a lack of oxygen and bacterial infestation should be taken into consideration.