Hydroponik Teil 1 – Was ist hydroponische Landwirtschaft und wie funktioniert sie?

Die hydroponische Landwirtschaft ist, wie der Name schon sagt, eine Methode, bei der die Pflanzen im Wasser statt in der Erde wachsen.

Dies ist Teil einer ganz neuen Generation in der Landwirtschaft und steht im Mittelpunkt unserer neuen Artikelserie. Wir werden verschiedene Aspekte von ihrer Geschichte bis zu ihrer Rolle in der Zukunft der Landwirtschaft untersuchen.

In den letzten Jahrzehnten hat das Bewusstsein für Umwelt und Nachhaltigkeit weltweit zugenommen und viele konventionelle landwirtschaftliche Methoden in Frage gestellt. Dieser Trend bringt viele Techniken ans Licht, die den Verbrauch von Wasser, Land, Pestiziden und Energie reduzieren. Dies hat die Hydroponik an die Spitze der Agrartechnik katapultiert. Von lokalen Gewächshäusern bis hin zu riesigen Indoor-Anbaubetrieben, von Kopfsalat bis hin zu medizinischem Cannabis.

Geschichte der Hydroponik

Das Konzept des hydroponischen Anbaus ist alles andere als neu. Eines der ältesten Beispiele für den Anbau von Nutzpflanzen auf dem Wasser sind die schwimmenden Gärten Chinas, die aus schwimmenden Flößen aus Schilf bestanden. Diese auf Flößen angelegten Gärten sind berühmt für den Anbau von „Chinakohl“ und in ganz Südostchina zu finden. Die ersten Aufzeichnungen über solche Gärten stammen aus dem^4. Jahrhundert.

Schwimmender Garten, Inle-See, Birma. Von Thomas Schoch / CC-BY-SA-3.0

Eine ähnliche Technik findet man in Mittelamerika, wo schwimmende Gärten auf Seen angelegt werden, indem Schilf und Pfähle zu Plattformen verwoben werden. Indem sie Erde auf diese Flöße legen, schaffen sie künstliche schwimmende Inseln. Diese werden „Chinampas“ genannt, von denen die ältesten auf das^12. Jahrhundert zurückgehen. Obwohl es sie schon vorher gab, werden sie gemeinhin mit den Azteken in Verbindung gebracht, die das Land (oder vielmehr die Gewässer) eroberten, auf dem die Chinampas errichtet wurden. Die Azteken waren auch dafür verantwortlich, die Chinampas zur Massenproduktion zu bringen.

Die moderne Hydrokultur hat eine lange und aufwendige Geschichte. Die erste Entwicklung einer erdlosen Anbautechnik, die eine nährstoffreiche Wasserlösung verwendet, geht auf die Forschungen der beiden deutschen Botaniker Julius von Sachs und Wilhelm Knop im späten^19.

Der Begriff „Hydroponik“ ist viel jüngeren Datums. Der Begriff wurde 1937 von Frederick Gericke von der University of California in Berkley geprägt. Gericke, der zunächst für den Anbau einer 25 Fuß hohen Tomatenrebe in einer mineralischen Nährlösung berühmt wurde, war ein Verfechter der Hydrokultur und förderte sie mit seinem 1940 erschienenen Buch „Complete Guide to Soilless Gardening“.

In der zweiten Hälfte des^20. Jahrhunderts begann die NASA im Rahmen ihres Controlled Ecological Life-Support System-Programms (CELSS) mit der Untersuchung und Erprobung verschiedener Techniken der Hydrokultur, um eine für die Landwirtschaft außerhalb der Erde geeignete Methode zu entwickeln.

Wie Hydroponik funktioniert

Die eigentliche Wissenschaft hinter der Hydroponik ist eigentlich ganz einfach.

Pflanzen benötigen mehrere grundlegende Parameter, um Photosynthese zu betreiben und somit zu wachsen. Diese sind Sauerstoff,_CO2, Licht, Nährstoffe und Wasser. Licht und_CO2 sind für den Boden nicht relevant, also lassen wir sie für diese Erklärung beiseite.

Pflanzen nehmen Nährstoffe auf, indem sie Wasser, das als Trägerstoff dient, über die Wurzeln aufnehmen. Das Wasser transportiert die Nährstoffe durch die Pflanze und versorgt die Zellen mit dem, was sie brauchen. Die Nährstoffe werden traditionell vom Boden selbst geliefert.

In einer bodenlosen Umgebung bleiben die Grundlagen dieselben. Die Wurzeln sind im Wasser verankert und ermöglichen so den Stofftransport durch die Pflanze. Die Nährstoffe stammen nicht aus dem Boden, sondern werden aus Mineralien gewonnen und dem Wasser selbst manuell zugesetzt.

Notwendige Bedingungen für Hydrokulturen

Es gibt viele Faktoren, die zu berücksichtigen sind, wenn man die besten Bedingungen für den hydroponischen Anbau schaffen will. Gewächshausanbauer sollten diese Parameter unabhängig von der Anbautechnik überwachen und einhalten.

Die beiden wichtigsten Parameter, die von allen Züchtern verwendet werden, sind der pH-Wert und der EC-Wert (elektrische Leitfähigkeit) des Wassers.

Der pH-Wert ist ein Indikator für den Säuregehalt des Wassers, der entscheidend dafür ist, dass die Wurzeln Wasser und Nährstoffe effizient aufnehmen können. Pflanzen unterscheiden sich in ihren optimalen pH-Werten, was auf ihre Evolutionsgeschichte zurückzuführen ist.

EC, misst die elektrische Leitfähigkeit des Wassers und damit die Menge der darin enthaltenen Mineralien. Auch die optimalen EC-Werte sind von Pflanze zu Pflanze unterschiedlich, obwohl alle einen bestimmten Mindestwert benötigen, um sicherzustellen, dass die Nährstoffe tatsächlich in der Lösung vorhanden sind.

Die Wurzeln sind auch für die Sauerstoffaufnahme verantwortlich. Um eine effektive Photosynthese zu ermöglichen, muss also das Vorhandensein von Sauerstoff im Wurzelbereich berücksichtigt werden.

Hydroponische Techniken

In der modernen Ära der hydroponischen Landwirtschaft gibt es drei dominierende Anbaumethoden:

Tiefwasserkultur (DWC)

Die einfachste und grundlegendste Form des hydroponischen Anbaus. Diese Technik ist recht einfach und wird von vielen Anfängern und Heimgärtnern angewandt.

Diese Methode ähnelt den alten Wassergartenpraktiken, was ihr den Spitznamen „schwimmende Flöße“ einbrachte. Tiefwasserkultursysteme bestehen aus einem Wasserkörper und einem Floß mit Löchern. Die Pflanzen werden in die Löcher gesetzt und mit dem Floß so positioniert, dass die Wurzeln unter Wasser sind, während der Rest der Pflanze über Wasser steht.

Wie bei allen Techniken geben die Erzeuger Nährstoffe zu, um das Wasser anzureichern. Da die Wurzeln ständig untergetaucht sind und nicht mit Luft in Berührung kommen, muss dem Wasser selbst Sauerstoff zugeführt werden. Die Züchter können dies mit einer einfachen Luftpumpe erreichen, wie in einem Fischbecken.

Tiefenwasserkultur-Hydroponik, von Oregon State University / CC-BY-SA-2.0

Ebbe und Flut

Auch bekannt als „flood & drain“. Bei dieser Methode werden die Pflanzen in ein inertes Kultursubstrat wie Perlit oder Kokosfasern gesetzt. Im Gegensatz zu Erde enthalten diese Nährböden keine Nährstoffe, die von der Pflanze aufgenommen werden können. Stattdessen werden die Nährstoffe durch Wasser in einem separaten Reservoir bereitgestellt. Dieses Wasser fließt gelegentlich in das Kultursubstrat und überflutet die Basis der Pflanze. Sobald sie einen bestimmten Punkt erreicht, läuft das Wasser automatisch ab. Dazu gibt es mehrere Methoden, von denen die gängigste der Einsatz von Wasserpumpen und Siphons ist.

Da sich die Wurzeln sowohl im als auch außerhalb des Wassers aufhalten, liefert die Luft in diesem Fall direkt Sauerstoff.

Nährstoff-Film-Technik (NFT)

Dies ist vielleicht die beliebteste Methode bei Großbetrieben.

Die NFT basiert auf dem fließenden Wasser, das durch die Wurzelzone fließt. Die gebräuchlichste Methode ist die Verwendung einer Reihe von leicht geneigten Rohren, in die die Pflanzen in Löchern am oberen Ende der Rohre gesetzt werden. Wasserpumpen befördern das nährstoffreiche Wasser aus einem separaten Reservoir an die Spitze der Rohrformation. Von dort aus fließt das Wasser langsam durch den Komplex und kehrt in den Tank zurück.

Sie können den Wassertank mit einer von zwei Methoden mit Sauerstoff versorgen. Entweder mit Hilfe einer Luftpumpe oder indem man einen „Wasserfall“ aus den Rohren in das Reservoir leitet. Durch den Aufprall des fallenden Wassers mischt sich Luft in den Wiederauffangbehälter.

Viele Züchter halten diese Methode für die effizienteste in Bezug auf die Flächennutzung, da sich die Pflanzen problemlos vertikal stapeln lassen. Dies macht die NFT zur führenden Technik in modernen kommerziellen Hydrokulturbetrieben.

NFT Hydroponics, von der Oregon State University / CC-BY-SA-2.0

Effizienz zuerst

Hydroponische Landwirtschaft gibt es in vielen Formen und Ausprägungen, aber alle beruhen auf dem gleichen Konzept. Sie zielt darauf ab, die Pflanzen mit dem zu versorgen, was sie brauchen, und gleichzeitig ein Höchstmaß an Effizienz für die Pflanze und den Landwirt anzustreben.

In den kommenden Artikeln werden wir die Vor- und Nachteile von Hydrokulturen und weiteren technologiebasierten Anbaumethoden diskutieren.

Dies ist der erste Teil einer Serie über die Entstehung der hydroponischen Landwirtschaft und der modernen, technologischen Landwirtschaft.

RLesen Sie Teil 2 – Vor- und Nachteile der Hydrokultur oder springen Sie zu Teil 3 – Kontrolle der Wasser- und Klimabedingungen.