Wie funktionieren Hydroponik Systeme
Unterschied zwischen Hydrokultur und Hydroponik?
Zunächst ein paar Worte zur Etymologie (Wortherkunft) beider Begriffe. „Hydro“ kommt aus dem altgriechischen und heißt Wasser; ponik ist eine Abwandlung des altgriechischen Wortes „ponos“ (Arbeit) und Kultur des lateinischen Wortes „cultura“ (Anbau). Unter dem Oberbegriff Hydroponik werden verschiedene Methoden des Pflanzenwachstums ohne Erde zusammengefasst. Im Grunde meinen beide Begriffe aber dasselbe: die Aufzucht und Kultivierung von Pflanzen in einer Nährlösung (Mischung aus Wasser und darin gelösten Nährstoffen). Doch es gibt einen kleinen Unterschied zwischen Hydrokultur und Hydroponik. Bei der Hydrokultur wird die Erde durch ein rein mineralisches Substrat ersetzt und Nährstoffe werden in flüssiger Form zugeführt. Bei Hydroponik-Systemen erfolgt die Pflanzenaufzucht ebenfalls durch Zuführung von Nährstoffen in flüssiger Form, aber ohne Substrat.
Pflanzen in Hydrokulturen
Es können nicht nur Zierpflanzen, sondern auch Gemüse, Obst, Beeren und Kräuter erfolgreich hydroponisch aufgezogen werden. Obwohl davon auszugehen ist, das eigentlich alle Pflanzen hydroponisch aufgezogen werden können, eignen sich manche besser und andere schlechter für eine Kultur ohne Erde. Zierpflanzen verursachen in der Regel keine Probleme. Doch bei Kultur- bzw. Nutzpflanzen gibt es Unterschiede. Gemüsepflanzen die ihre Früchte unter der Erde ausbilden wie z. B. Kartoffeln, Karotten Radieschen, Zwiebeln oder Kohlrabi sind nicht in jedem hydroponischen System gleich gut zu kultivieren. Für Wurzelgemüse und auch Heilkräuter eignet sich am besten die Aeroponik-Methode.
Andere Kulturpflanzen hingegen gelingen in jedem hydroponischen System. Dazu zählen kleinwüchsige Gemüsepflanzen wie Salat. Die Aufzucht von Salat gelingt mit jeder Hydroponik-Anbaumethode und ist daher besonders für Anfänger zu empfehlen. Es gibt passive und aktive Hydroponik-Systeme. Diese unterscheiden sich in ihrer Bau- und Funktionsweise. Beide Systeme verfügen über ein Wasserreservoir, welches als Behälter für die Nährstofflösung dient.
Passive Hydroponik-Systeme kommen aber ohne bewegliche Teile, zusätzliche Technik und Energieaufwand aus. Sie funktionieren quasi von selbst. Aktive Hydroponik-Systeme verwenden ergänzende technische Geräte, wie z.B. Pumpen, Belüfter oder Luftbefeuchter. Aktive Hydroponik-Systeme haben somit eine größere Funktionsbreite, benötigen aber zusätzliche Energie (Strom) und sind folglich kostenintensiver als die passiven Systeme. Sie haben aber einen entscheidenden Vorteil. Sie versorgen die Wurzeln der Pflanzen mit mehr Sauerstoff, was sich positiv auf das Pflanzenwachstum auswirkt.
Was sind die Vorteile von Hydroponik-Systemen?
Die Vorteile sind weniger ausschlaggebend bei der Aufzucht und Haltung von Zierpflanzen, dafür aber umso mehr für die Kultivierung von Nutzpflanzen. Ein nicht zu unterschätzender Vorteil ist die Wasserersparnis. Da das Wasser-Nährstoffgemisch den Pflanzen in einem geschlossenen System zugeführt wird, ist die Verdunstungsrate im Unterschied zur Erdkultur wesentlich geringer. Auf diese Weise kann bis zu 80-90 % Wasser gespart und der Verlust an Nährstoffen geringer gehalten werden. Zudem sind Hydroponik-Systeme wetterunabhängig. Im Unterschied zur Freilandkultur drohen keine Ernteausfälle z.B. durch Unwetter oder Trockenperioden. Außerdem kann hydroponische Pflanzenaufzucht unabhängig von den Jahreszeiten das ganze Jahr über betrieben werden. Weitere Vorteile sind:
- Sie benötigen weniger Anbaufläche: Die Pflanzenzucht und Haltung kann in vertikalen oder horizontalen Systemen betrieben werden. Das spart Anbaufläche.
- Man braucht weniger Unkraut- und Schädlingsbekämpfungsmittel: Da die Pflanzen in einer kontrollierten Nährstofflösung aufwachsen, ist der Einsatz von Pestiziden und Herbiziden in der Regel nicht notwendig.
- Der erzielte Ernteertrag ist höher: Der Ertragszuwachs kann abhängig vom verwendeten Hydroponik-System das vierfache betragen.
- Die Pflanzen aufzucht ist weniger arbeitsintensiv: Hydroponik-Systeme arbeiten weitestgehend automatisiert, was kaum weitere Pflegemaßnahmen (gießen, düngen, Schädlingsbekämpfung) nach sich zieht.
Die Nachteile sind überschaubar. Hydroponische Systeme benötigen in der Regel Energie (Strom) für die zusätzlichen Geräte. Eine Alternative sind Outdoor Hydroponik-Systeme, da diese mit Solarenergie betrieben werden können. Ein weiterer Nachteil sind die höheren Anschaffungskosten. Des Weiteren kann es zu Ausfällen durch technische Defekte kommen. Diese Nachteile werden aber durch die Arbeitsersparnis aufgrund des automatisierten Betriebs dieser Systeme mehr als ausgeglichen.
Zu den aktiven hydroponischen Systemen zählen Deep Water Kultur, Nutrient Film Technique, Aeroponik sowie Ebbe- und Flutsysteme. Zu den passiven hydroponischen Systemen zählen Hydrokulturtöpfe mit Tonkugeln, einfache Wassergläser mit Stecklingen oder Dochtsysteme.
Wie funktioniert das Dochtsystem?
Dabei handelt es sich um das einfachste Hydroponik-System. Die Bauausführung ist unkompliziert. Die Pflanzen werden über einen oder mehrere Dochte mit Wasser und Nährstoffen versorgt. Das eine Ende des oder der Dochte hängt in der Nährlösung, das andere Ende befindet zwischen den Wurzeln der Pflanze. Über den sogenannten Kapillareffekt gelangen Wasser und Nährstoffe dann zu den Wurzeln. Das Dochtsystem kann völlig passiv, ohne Eingriff von außen, betrieben werden.
Als Dochtmaterialien sind Filzstreifen, Wollstreifen, Kunstseide aber auch Lampendochte geeignet. Vorzugsweise sollten aber anorganische Dochte (z. B. Kunststoff), da sich diese durch gleichbleibende Kapillarität auszeichnen und auch nicht faulen können, wie Dochte aus organischem Material. Entscheidend ist aber, dass die Dochte Wasser und Nährstoffe in ausreichenden Mengen an die Pflanzenwurzeln transportieren können. Das System funktioniert im Grunde ohne weitere Hilfsmittel.
Tipp: Durch den Einsatz einer zusätzlichen Luftpumpe erhöht sich der Sauerstoffgehalt in der Wasser-Nährstofflösung, was ein stärkeres Pflanzenwachstum unterstützt.
Wie funktioniert die Nutrient Film Technique?
Bei der Nutrient Film Technique (auf deutsch Nährstoff-Film-Technik System, kurz NFT), erfolgt die Nährstoffversorgung der Pflanzen über einen dünnen Film aus einer Wasser-Nährstofflösung. Die Lösung wird mithilfe einer Pumpe an die höchste Stelle des NFT Systems befördert und fließt dann über Rohre wieder hinunter in den Nährstoffbehälter, wobei die in die Rohre hängenden Wurzeln der Pflanzen permanent umspült werden. Dabei wird nur das untere Wurzelwerk umspült. Der oberere Teil der Wurzeln hängt in der Luft, was für eine optimale Sauerstoffaufnahme sorgt.
Der ununterbrochen zirkulierende Nährstoffkreislauf verhindert unerwünschte Ansammlungen von Nährstoffen und stellt eine optimale Versorgung der Pflanzen sicher. Das NFT System benötigt in der Regel kein oder nur wenig Substrat. Die Pflanzen werden in speziellen Halterungen festgehalten und haben direkten Zugang zu den Nährstoffen und zu Sauerstoff. NFT-Systeme haben einen geringen Wasser- und Nährstoff Verbrauch. Sie wurden insbesondere für die Aufzucht leichter, schnell wachsender Pflanzen entwickelt. Große schwere Pflanzen können mangels Substrat nur schwierig verankert werden. Man kann sie aber zusätzlich stützen.
Die Nährstoff-Film-Technik zählt zu den besonders nachhaltigen Hydroponik-Anbaumethoden. Die Pflanzen wachsen schnell und effizient. Ein Nachteil darf, aber nicht unerwähnt blieben. Ein nicht zu vernachlässigendes Risiko ist ein technischer Defekt der Wasserpumpe. Eine Unterbrechung der Wasserzirkulation kann binnen weniger Stunden zum Austrocknen der Pflanzenwurzeln und zum Absterben der gesamten Pflanzenpopulation führen. Eine Alternative sind nicht-zirkulierende NFT-Systeme. Sie haben zusätzlich noch den Vorteil, das beim Auftreten von Schädlingen oder Krankheiten, diese nicht im gesamten System verteilt werden. Ein Nachteil ist wiederum der höhere Wasser- und Nährstoffverbrauch.
Tieffluss-Technik
Eine seltenere Variante der NFT-Technik ist die Tieffluss-Technik, kurz TFT. Anstelle eines dünnen Nährstofffilms werden die Pflanzen in einem geschlossenen Kreislauf von einer mehreren cm hohen Nährlösung umströmt. Dieses Verfahren hat den Vorteil, das bei einem technischen Defekt, z. B. ein Ausfall der Pumpe, die Pflanzen für längere Zeit weiterhin versorgt bleiben. Ein Nachteil ist, das insbesondere bei großen und langen Systemaufbauten, die Sauerstoffversorgung der Pflanzen unterschiedlich erfolgt, was ein ungleichmäßiges Pflanzenwachstum zur Folge hat.
Wie funktionieren Ebbe- und Flutsysteme?
Ein Ebbe-Flut-System (Ebb and Flood) arbeitet, wie der Name unschwer erkennen lässt ähnlich den Gezeitenkräften in der Natur. Mithilfe einer Pumpe werden die in Netztöpfen sitzenden Pflanzen von der Wasser-Nährstofflösung in festgelegten Intervallen zeitgesteuert überflutet.
In der Zeitspanne der Überflutung nehmen die Pflanzen die benötigten Nährstoffe auf. Nachdem die für die Intervallsteuerung verantwortliche Zeitschaltuhr die Pumpe wieder abgeschaltet hat, fließt die nicht benötigte überschüssige Nährstofflösung über einen Überlauf wieder in den Nährstoffbehälter zurück.
Durch das ständig sich wiederholende Ansteigen und sinken des Flüssigkeitsspiegels wird die Nährstofflösung zusätzlich mit Sauerstoff angereichert, was die Pflanzen mit üppigem Wachstum danken. Ebbe- und Flutsysteme sind einfach im Aufbau und benötigen nur wenig Pflege.
Wie funktioniert Deep Water Culture (DWC)?
Bei der Deep Water Culture (auf deutsch Tiefwasser-Kultur) schwimmen die in Netztöpfen fixierten Pflanzen auf einer Platte ähnlich einem Floß im Flüssigkeitsbehälter. Die Wurzeln hängen dabei direkt in der Nährlösung. Die Nährlösung wird mithilfe einer Luftpumpe und Belüftungssteinen permanent mit Sauerstoff angereichert, was für ein üppiges Pflanzenwachstum sorgt.
Eine Variante der Plattenmethode ist die Verankerung der Pflanzen in einer Hidroponikbox. Die Pflanzen werden durch entsprechende Löcher im Deckel der Box geführt und liegen mit ihren Halterungskörbchen direkt in der Nährlösungszone.
Ein nicht zu unterschätzender Vorteil der DWC Methode, ist der größere Wasser-Nährstoff-Tank. Aufgrund der höheren Wasser- und Nährstoffmenge kann das System ohne Probleme einige Tage sich selbst überlassen bleiben. Auch bei einem Ausfall der Luftpumpe droht den Pflanzen kein unmittelbares Unheil.
Wie funktioniert Aeroponik?
Dieses äußerst dynamische Hydroponik-System zur Pflanzenaufzucht arbeitet mit Ultraschallzerstäubern. Die Wurzeln der Pflanzen hängen nicht wie bei anderen Systemen direkt in einer Wasser-Nährstofflösung, sondern sind von einem Aerosol aus Nährlösung umhüllt.
Die Pflanzen werden zunächst in Netztöpfen fixiert und dann in einen geschlossenen Behälter eingehängt, wo ihre Wurzeln fortlaufend durch einen Ultraschallvernebler mit einem Nebel (Dispersion) aus festen oder flüssigen Schwebeteilchen aus Wasser und Nährstoffen besprüht bzw. benetzt werden.
Die NASA-Wissenschaftler setzen diese Hydroponik-Anbaumethode in der Weltraumfahrt ein, da das System auch in der Schwerelosigkeit funktioniert. Die Methode sorgt für ein besonders schnelles und starkes Wachstum der Wurzeln und kommt daher bevorzugt bei der Stecklingsbewurzelung zum Einsatz.
Ein Nachteil des Verfahrens ist, dass die Membranen der Ultraschallgeräte leicht durch auskristallisierte Salze der Nährlösung verstopfen können.
Wie funktioniert Tröpfchenbewässerung?
Neben den bereits aufgezählten Hydroponik-Anbaumethoden gibt es noch eine weitere, die Tröpfchenbewässerung, auch Drip-System genannt. Sie gehört aber eher in die Ecke der Hydrokultur-Pflanzenhaltung, da Substrat benötigt wird. Bei der Tröpfchenbewässerung wird die Wasser-Nährlösung mithilfe einer Tropfleitung auf das Substrat rund um die Pflanzen geträufelt. Die Nährlösung fließt in das Substrat, an den Wurzeln der Pflanzen vorbei, wodurch diese sich mit ausreichend Wasser und Nährstoffen versorgen können. Überschüssige Nährlösung tropft bzw. fließt wieder ab.
Während die Tröpfchen der Nährlösung beim hinuntertropfen auf das Substrat, die Atmosphäre passieren, ziehen sie Sauerstoff mit sich und befördern diesen durch die Fließbewegung an die Wurzeln der Pflanzen. Um höhere Erträge zu erzielen, kann die Flüssigkeitsaufnahme der Pflanzen durch Steigerung der Bewässerungshäufigkeit beliebig reguliert werden. Durch das einfache Abtropfsystem wird Staunässe verhindert, was einer guten Wurzelentwicklung entgegenkommt.
Die Tröpfchenbewässerung gibt es in zwei Varianten:
- Nicht rezirkulierendes System:Hierbei werden die Pflanzen ständig mit frischer Nährstofflösung versorgt. Um einer Verbreitung von Krankheitserregern von Anfang an entgegenzuwirken, wird bei diesem Verfahren auf die Wiederrückführung von überschüssiger Nährlösung in einen Nährstoff Kreislauf verzichtet. Nicht rezirkulierende Systeme haben aber einen hohen Wasser- und Nährstoff Verbrauch, da auch Nährstoffe verloren gehen.
- Rezirkulierendes System: Bei diesem System wird die überschüssige Nährlösung aufgefangen und mithilfe einer Pumpe wieder in einen Nährstoffkreislauf zurückgeführt. Im Unterschied zum oben genannten Verfahren werden hierbei wesentlich weniger Ressourcen benötigt bzw. verbraucht.
Hydro oder Erde? Für was soll man sich entscheiden?
Pflanzen benötigen nicht immer Erde, aber immer Wasser, Nährstoffe und Luft, um zu gedeihen. Damit die Pflanzenaufzucht ohne Erde gelingt, werden grundsätzlich fünf Komponenten benötigt: Weiterlesen ->
- Das Hydroponik-System
- Die Nährlösung
- Der pH & EC-Wert
- Die Beleuchtung
- Die Temperatur
Der Umgang mit Hydroponik-Systemen
Über die verschiedenen Hydroponik-Systeme wurde bereits alles gesagt. Noch ein paar Worte zu den anderen Voraussetzungen, damit die hydroponische Aufzucht und Pflege von Pflanzen gelingt. Von elementarer Bedeutung ist dabei die richtige Nährlösung, denn ohne eine solche funktioniert kein Hydroponik-System. Pflanzen benötigen zur Aufrechterhaltung ihrer lebenswichtigen Stoffwechselprozesse bestimmte Makronährstoffe (z.B. Stickstoff, Kalium, Phosphor) in hohen Ionen-Konzentrationen sowie sekundäre Nährstoffe (z.B. Calcium, Magnesium, Schwefel) in geringen Ionen-Konzentrationen. Außerdem zur Aufrechterhaltung von wichtigen Enzymreaktionen essenzielle Mikronährstoffe (z.B. Eisen, Zink, Kupfer) in Spuren.
Empfehlenswert sind spezielle Mineraldünger für hydroponische Systeme. Diese enthalten alle Nährstoffe in der richtigen Zusammensetzung. Eine Alternative zum Mineraldünger sind Ionenaustauscher-Granulate. Diese festen Volldünger wurden für die langzeitige Nährstoff Versorgung von Pflanzen in Wasserkulturen entwickelt. Eine einmalige Düngung versorgt die Pflanzen über mehrere Monate.
Der pH-Wert
Doch mit der richtigen Nährlösung alleine ist es nicht getan. Damit die Nährstoffe von den Pflanzen auch aufgenommen werden können, ist der Säuregrad (pH-Wert des Wassers) wichtig. Der pH-Wert ist das Maß für den sauren oder basischen Wert der Nährlösung. Je nach pH-Wert des Wassers steigt oder sinkt die Verfügbarkeit der Nährstoffe für die Pflanzen. Unabhängig vom eingesetzten Hydroponik-System können Pflanzen die Nährstoffe über ihre Wurzeln am besten in einem pH Bereich von 5,5 – 6,5 aufnehmen. Um bei Düngung für ideale Bedingungen und optimales Pflanzenwachstum zu sorgen, ist der Einsatz von sogenannten PH Messgeräten oder EC Messgeräten zu empfehlen. Im übrigen kann ein zu hoher oder niedriger pH-Wert leicht durch im Handel verfügbare wasseraufbereitende Produkte kompensiert bzw. korrigiert werden. Achtung: der PH-Wert wird aber vom KH-Wert (Karbonathärte) beeinflusst (Pufferwirkung). Der PH-Wert kann nur gesenkt werden, wenn die Pufferwirkung durch den KH-Wert gleichzeitig gesenkt wird.
Der EC-Wert
EC steht für Electric Cunductivity Wert. Damit wird die elektrische Leitfähigkeit in der Nährlösung bestimmt. Aus diesem Wert lässt sich die Düngerkonzentration in der Wasser-Nährlösung ableiten und jede Überdüngung bereits im Vorfeld vermeiden. Es gibt im Handel auch Kombinationsgeräte die sowohl pH-Wert als auch EC-Wert messen.
Das richte Licht und die richtige Temperatur
Pflanzen brauchen aber auch Licht, min. 8 – 10 Stunden täglich. Am besten ist Sonnenlicht. Steht dieses nicht ausreichend zur Verfügung, können LED-Lampen (light emitting dioden) helfen. Die speziell für die Pflanzenzucht entwickelten energiesparenden LED-Lampen, spenden Licht in einem für die Pflanzen optimalen Wellenlängenbereich. Des Weiteren ist die richtige Temperatur wichtig. Bei hohen Temperaturen nimmt die Sauerstoffsättigung in der Nährlösung ab. Auf der anderen Seite nimmt mit steigenden Temperaturen aber die Wachstumsaktivität der Pflanzen zu, was zu einem erhöhten Sauerstoffbedarf führt. Hier helfen Erfahrungswerte weiter. Die Temperatur sollte idealerweise zwischen 18 – 25 °C liegen.
Fazit: Wenn sie jetzt von den Vorteilen einer hydroponischen Pflanzenkultur überzeugt sind, dann probieren sie es doch einfach einmal aus. Sie müssen dazu kein Hydroponik-System kaufen. Mit etwas handwerklichem Geschick können sie selber ein Hydroponik-System bauen. Eine einfache Anleitung zum Selberbauen z. B. eines Tiefwasser-Kultur-Systems finden sie hier: DWC. Viel Spaß dabei!!!
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