Meister der Hydroponik: Verstehen der Nährstoffe und Prinzipien der Pflanzenernährung in hydroponischen Systemen
Unter Hydrokultur versteht man die Kultivierung von Pflanzen in nährstoffhaltigem Wasser. Beispiele für Hydrokultursysteme sind NFT-Systeme (Nutrient Film Technique) und Tiefwasserschwimmsysteme. Bei diesen Systemen werden die Pflanzenwurzeln in Nährstofflösungen getaucht. Eine andere Definition von Hydrokultur ist die Kultivierung von Pflanzen ohne Erde. Diese Definition bedeutet, dass Pflanzen, die in Erdlosen Medien (Blumenerde) oder anderen aggregierten Medien, wie Sand, Kies und Kokosfasern, wachsen, als hydroponische Systeme betrachtet werden. Hier wird der Begriff Hydroponik für den Anbau von Pflanzen ohne Erde verwendet. Werfen wir einen genauen Blick auf Hydrokultur Nährstoffe.
Wichtige Nährstoffe
Pflanzen können ohne 17 Hauptnährstoffe nicht richtig funktionieren. Diese Nährstoffe sind notwendig, damit die für das Wachstum und die Entwicklung der Pflanze wichtigen Prozesse ablaufen können. Magnesium ist zum Beispiel ein wichtiger Bestandteil von Chlorophyll. Chlorophyll ist ein Pigment, das dazu dient, Lichtenergie einzufangen, die für die Fotosynthese benötigt wird. Es reflektiert auch grüne Wellenlängen und ist der Grund dafür, dass die meisten Pflanzen grün sind. Magnesium befindet sich im Zentrum des Chlorophyllmoleküls. Tabelle 1 zeigt die Funktionen der essenziellen Nährstoffe für Pflanzen.
Die essenziellen Nährstoffe können grob in Makronährstoffe und Mikronährstoffe unterteilt werden. Sowohl Makro- als auch Mikronährstoffe sind für das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen unentbehrlich. Zu den Makronährstoffen zählen Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Phosphor, Kalium, Schwefel, Calcium und Magnesium. Mikronährstoffe sind Eisen, Mangan, Zink, Bor, Molybdän, Chlor, Kupfer und Nickel. Der Unterschied zwischen Makro- und Mikronährstoffen liegt in der Menge, die die Pflanzen benötigen. Makronährstoffe werden in größeren Mengen benötigt als Mikronährstoffe. Tabelle 1 zeigt den ungefähren Gehalt der Pflanzen an essenziellen Nährstoffen.
Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff beziehen die Pflanzen aus Luft und Wasser. Die übrigen Nährstoffe stammen aus dem Boden oder bei Hydrokulturen aus Nährlösungen oder Zuschlagstoffen. Die Quellen der pflanzenverfügbaren Nährstoffe sind in Tabelle 1 aufgeführt.
| Nährstoff (Chemisches Element) | Ungefähres Vorkommen in einer Pflanze (%) | Funktion in einer Pflanze | Nährstoffquelle verfügbar für die Pflanze |
|---|---|---|---|
| Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H), Sauerstoff (O) | Bestandteile der organischen Verbindungen | Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) | |
| Stickstoff (N) | Bestandteil von Aminosäuren, Proteinen, Coenzymen, Nukleinsäuren | Nitrat (NO3-) und Ammonium (NH4+) | |
| Schwefel (S) | Bestandteil von schwefelhaltigen Aminosäuren, Proteinen, Coenzym A | Sulfat (SO4-) | |
| Phosphor (P) | ATP, NADP Zwischenprodukte des Stoffwechsels, Membranphospholipide, Nukleinsäuren | Dihydrogenphosphat (H2PO4-), Hydrogenphosphat (HPO42-) | |
| Kalium (K) | Enzymaktivierung, Turgor, osmotische Regulierung | Kalium (K+) | |
| Kalzium (Ca) | Enzymaktivierung, Signaltransduktion, Zellstruktur | Kalzium (Ca2+) | |
| Magnesium (Mg) | Enzymaktivierung, Bestandteil des Chlorophylls | Magnesium (Mg2+) | |
| Mangan (Mn) | Enzymaktivierung, wichtig für die Wasserspaltung | Mangan (Mn2+) | |
| Eisen (Fe) | Redoxveränderungen, Fotosynthese, Atmung | Eisen (Fe2+) | |
| Molybdän (Mo) | Redoxveränderungen, Nitratreduktion | Molybdat (MoO42-) | |
| Kupfer (Cu) | Redoxveränderungen, Photosynthese, Atmung | Kupfer (Cu2+) | |
| Zink (Zn) | Enzym-Cofaktor-Aktivator | Zink (Zn2+) | |
| Bor (Bo) | Membranaktivität, Zellteilung | Borat (BO3-) | |
| Chlor (Cl) | Ladungsausgleich, Wasserspaltung | Chlor (Cl-) | |
| Nickel (Ni) | Bestandteil einiger Enzyme, biologische Stickstofffixierung, Stickstoffmetabolismus | Nickel (Ni2+) |
PH
Es ist unmöglich, über Pflanzenernährung zu sprechen, ohne den pH-Wert zu berücksichtigen. In der Hydroponik ist der pH-Wert des Wassers, das zur Herstellung von Nährlösungen und zur Bewässerung der Pflanzen verwendet wird, von besonderer Bedeutung. Der pH-Wert ist ein Maß für den relativen Säuregehalt oder die Wasserstoffionenkonzentration und spielt eine wichtige Rolle für die Verfügbarkeit von Pflanzennährstoffen. Er wird auf einer Skala von 0 bis 14 Punkten gemessen, wobei 0 am sauersten, 7 am neutralsten und 14 am alkalischsten ist. Die Skala ist logarithmisch, und jede Einheit entspricht einer Änderung um den Faktor 10. Das bedeutet, dass kleine Änderungen der Werte große Änderungen des pH-Wertes bedeuten. Zum Beispiel ist ein Wert von 7 um das 10-fache höher als ein Wert von 6 und um das 100-fache höher als ein Wert von 5. Im Allgemeinen liegt der optimale pH-Wert für den hydroponischen Gemüseanbau zwischen 5,0 und 7,0.
Im unteren Teil der Tabelle sind verschiedene pH-Werte zwischen 4,0 und 10,0 angegeben. Oben in der Tabelle ist die relative Säure oder Alkalität angegeben. Innerhalb des Diagramms wird die relative Nährstoffverfügbarkeit durch einen Balken dargestellt. Je breiter der Balken, desto höher ist die relative Nährstoffverfügbarkeit. Der Stickstoffbalken ist z.B. am breitesten bei einem pH-Wert von 6,0 bis 7,5. Bei diesem pH-Wert ist der Stickstoff für die Pflanzen am besten verfügbar. Zwischen 4,0 und 4,5 ist er sehr schmal und für die Pflanzen weniger gut verfügbar.
Es ist auch wichtig, die Alkalinität des Wassers zu berücksichtigen. Die Alkalität ist ein Maß für die Kapazität. Sie misst die Fähigkeit des Wassers, Säure zu neutralisieren. Dies ist hauptsächlich auf die kombinierte Menge an Karbonat (CO3) und Bikarbonat (HCO3) zurückzuführen. Aber auch Hydroxid, Ammonium, Borat, Silikat und Phosphat können dazu beitragen.
Wenn die Gesamtalkalinität niedrig ist, hat das Wasser eine geringe Pufferkapazität. Daher ändert sich der pH-Wert geringfügig, je nachdem, was dem Wasser hinzugefügt wird. Bei einer hohen Gesamtalkalinität ist der pH-Wert des Wassers hoch. Um den hohen pH-Wert des Wassers zu senken, kann dem Bewässerungswasser Säure zugesetzt werden. Die erforderliche Säuremenge hängt von der Alkalität des Wassers ab.
Nährstoffantagonismus und -interaktionen
Nährstoffe werden von Pflanzen in etwa den relativen Mengen aufgenommen, in denen sie in der Nährlösung vorhanden sind. Wenn jedoch ein Nährstoff im Überschuss vorhanden ist, kann er auf Kosten eines anderen Nährstoffs in größeren Mengen aufgenommen werden. Dies nennt man Nährstoffantagonismus. In diesem Fall ist es möglich, dass ein Nährstoff in ausreichender Menge in der Nährlösung vorhanden ist und die Pflanzen trotzdem einen Mangel haben.
Ein Beispiel: In einer Rezeptur für eine Nährlösung für hydroponische Tomaten sind 190 ppm Stickstoff und 205 ppm Kalium angegeben. Aufgrund eines Fehlers bei der Berechnung der zu verwendenden Düngermenge werden 2.050 ppm Kalium hinzugefügt. Zu viel Kalium in der Lösung kann zu Antagonismus mit Stickstoff (und anderen Nährstoffen) führen und Stickstoffmangel verursachen, auch wenn 190 ppm Stickstoff zugesetzt wurden. In der folgenden Tabelle sind häufige Antagonismen aufgeführt.
| Nährstoff | Antagonismus mit |
|---|---|
| Nitrogen | Potassium |
| Potassium | Phosphorus |
| Zinc | Potassium |
| Potassium | Nitrogen, Calcium, Magnesium |
| Sodium | Potassium, Calcium, Magnesium |
| Calcium | Magnesium, Boron |
| Magnesium | Calcium |
| Iron | Manganese |
Nährstoffprobleme
Hydroponische Systeme verzeihen weniger als bodenbasierte Systeme und Nährstoffprobleme können schnell zu Symptomen bei den Pflanzen führen. Deshalb sind die Zusammensetzung der Nährlösung und die regelmäßige Kontrolle der Nährlösung und des Nährstoffstatus der Pflanzen entscheidend.
Achten Sie auch auf die Symptome, die bei den Pflanzen auftreten können:
Schäden durch lösliche Salze
- Ursache: Überdüngung, schlechte Wasserqualität, Salzanreicherung im Laufe der Zeit und/oder unzureichende Auswaschung können zu Schäden durch lösliche Salze führen. Düngemittel sind Salze und werden am häufigsten in hydroponischen Systemen verwendet. Wenn Wasser verdunstet, können sich lösliche Salze in den Zuschlagstoffen anreichern, wenn sie nicht ausreichend ausgewaschen werden. Auch das Bewässerungswasser kann einen hohen Gehalt an löslichen Salzen aufweisen, was zu dem Problem beiträgt.
- Symptome: Chemisch induzierte Trockenheit kann auftreten, wenn der Gehalt an löslichen Salzen in den Pflanzensubstraten zu hoch ist. Die Folge ist, dass die Pflanzen trotz ausreichender Bewässerung welken. Weitere Symptome sind dunkelgrüne Blätter, abgestorbene und verbrannte Blattränder und Wurzelsterben.
- Erkennen: Der Gehalt an löslichen Salzen kann überwacht/gemessen werden. Dazu wird die elektrische Leitfähigkeit (EC) des Bewässerungswassers, der Nährstofflösung und des Sickerwassers (eine Nährstofflösung, die aus dem Pflanzgefäß abtropft) gemessen.
- Behandlung: Lösliche Salze können mit klarem Wasser ausgewaschen werden. Zuerst sollte die Ursache für den hohen Gehalt an löslichen Salzen gefunden und behoben werden.
Stickstoffmangel
- Ursache: Stickstoffmangel kann durch Unterdüngung, Nährstoffungleichgewicht oder übermäßige Auswaschung verursacht werden.
- Symptome: Typische erste Symptome von Stickstoffmangel sind hellgrüne Blätter und eine allgemeine Verkümmerung der Pflanzen. Auch Welkerscheinungen und abgestorbene und/oder vergilbte Blattränder können beobachtet werden.
- Erkennung: Die Messung/Überwachung der elektrischen Leitfähigkeit (EC) von Nährstofflösungen kann helfen, Stickstoffmangel zu vermeiden. Ist der EC-Wert zu niedrig oder zu hoch, muss er angepasst werden.
- Behandlung: Die Ursache finden und beheben. Dies kann bedeuten, dass der Nährlösung mehr Stickstoff zugesetzt werden muss. Es kann auch bedeuten, dass zu viel von einem antagonistischen Nährstoff in der Nährlösung vorhanden ist.
Kalziummangel
- Ursache: Kalziummangel kann durch Unterdüngung, ein Nährstoffungleichgewicht oder einen niedrigen pH-Wert verursacht werden. Er steht auch im Zusammenhang mit Feuchtigkeitsmanagement, hohen Temperaturen und geringer Luftzirkulation. Kalzium ist ein mobiler Nährstoff, der in wasserführenden Geweben durch die Pflanze transportiert wird. Früchte und Blätter stehen in Konkurrenz um Wasser. Niedrige relative Luftfeuchte und hohe Temperaturen können zu einer erhöhten Transpirationsrate führen und zu den Blättern wandern lassen. In diesem Fall kann es zu Kalziummangel in den Früchten kommen.
- Symptome: Symptome von Kalziummangel sind in der Regel braune Blattränder am Neuaustrieb oder an der Unterseite der Früchte. Gute Beispiele hierfür sind der Spitzenbrand bei Salat und die Blütenendfäule bei Tomaten und Paprika. Wenn die Symptome fortschreiten, kann man braune, abgestorbene Flecken auf den Blättern sehen.
- Erkennung: Medien kontrollieren und Pflanzenanalyse durchführen.
- Behandlung: Den pH-Wert der Nährlösung auf 5,0 bis 7,0 korrigieren und gegebenenfalls düngen. In Gewächshäusern kann der Luftstrom schwach sein. Ein horizontaler Luftstrom mit einer Geschwindigkeit von 0,3 bis 1 m/s auf Pflanzenhöhe kann die Grenzschicht zwischen den Pflanzen durchbrechen und die Transpirationsrate erhöhen. Dadurch wird Kalziummangel im Salat vermieden. Wichtig ist, dass der Luftstrom gleichmäßig ist, damit die Pflanzen gleichmäßig wachsen.
Nährstoffprobleme
Hydroponische Systeme verzeihen weniger als bodenbasierte Systeme und Nährstoffprobleme können schnell zu Symptomen bei den Pflanzen führen. Deshalb sind die Zusammensetzung der Nährlösung und die regelmäßige Kontrolle der Nährlösung und des Nährstoffstatus der Pflanzen entscheidend.
Achten Sie auch auf die Symptome, die bei den Pflanzen auftreten können:
Schäden durch lösliche Salze
- Ursache: Überdüngung, schlechte Wasserqualität, Salzanreicherung im Laufe der Zeit und/oder unzureichende Auswaschung können zu Schäden durch lösliche Salze führen. Düngemittel sind Salze und werden am häufigsten in hydroponischen Systemen verwendet. Wenn Wasser verdunstet, können sich lösliche Salze in den Zuschlagstoffen anreichern, wenn sie nicht ausreichend ausgewaschen werden. Auch das Bewässerungswasser kann einen hohen Gehalt an löslichen Salzen aufweisen, was zu dem Problem beiträgt.
- Symptome: Chemisch induzierte Trockenheit kann auftreten, wenn der Gehalt an löslichen Salzen in den Pflanzensubstraten zu hoch ist. Die Folge ist, dass die Pflanzen trotz ausreichender Bewässerung welken. Weitere Symptome sind dunkelgrüne Blätter, abgestorbene und verbrannte Blattränder und Wurzelsterben.
- Erkennen: Der Gehalt an löslichen Salzen kann überwacht/gemessen werden. Dazu wird die elektrische Leitfähigkeit (EC) des Bewässerungswassers, der Nährstofflösung und des Sickerwassers (eine Nährstofflösung, die aus dem Pflanzgefäß abtropft) gemessen.
- Behandlung: Lösliche Salze können mit klarem Wasser ausgewaschen werden. Zuerst sollte die Ursache für den hohen Gehalt an löslichen Salzen gefunden und behoben werden.
Stickstoffmangel
- Ursache: Stickstoffmangel kann durch Unterdüngung, Nährstoffungleichgewicht oder übermäßige Auswaschung verursacht werden.
- Symptome: Typische erste Symptome von Stickstoffmangel sind hellgrüne Blätter und eine allgemeine Verkümmerung der Pflanzen. Auch Welkerscheinungen und abgestorbene und/oder vergilbte Blattränder können beobachtet werden.
- Erkennung: Die Messung/Überwachung der elektrischen Leitfähigkeit (EC) von Nährstofflösungen kann helfen, Stickstoffmangel zu vermeiden. Ist der EC-Wert zu niedrig oder zu hoch, muss er angepasst werden.
- Behandlung: Die Ursache finden und beheben. Dies kann bedeuten, dass der Nährlösung mehr Stickstoff zugesetzt werden muss. Es kann auch bedeuten, dass zu viel von einem antagonistischen Nährstoff in der Nährlösung vorhanden ist.
Kalziummangel
- Ursache: Kalziummangel kann durch Unterdüngung, ein Nährstoffungleichgewicht oder einen niedrigen pH-Wert verursacht werden. Er steht auch im Zusammenhang mit Feuchtigkeitsmanagement, hohen Temperaturen und geringer Luftzirkulation. Kalzium ist ein mobiler Nährstoff, der in wasserführenden Geweben durch die Pflanze transportiert wird. Früchte und Blätter stehen in Konkurrenz um Wasser. Niedrige relative Luftfeuchte und hohe Temperaturen können zu einer erhöhten Transpirationsrate führen und zu den Blättern wandern lassen. In diesem Fall kann es zu Kalziummangel in den Früchten kommen.
- Symptome: Symptome von Kalziummangel sind in der Regel braune Blattränder am Neuaustrieb oder an der Unterseite der Früchte. Gute Beispiele hierfür sind der Spitzenbrand bei Salat und die Blütenendfäule bei Tomaten und Paprika. Wenn die Symptome fortschreiten, kann man braune, abgestorbene Flecken auf den Blättern sehen.
- Erkennung: Medien kontrollieren und Pflanzenanalyse durchführen.
- Behandlung: Den pH-Wert der Nährlösung auf 5,0 bis 7,0 korrigieren und gegebenenfalls düngen. In Gewächshäusern kann der Luftstrom schwach sein. Ein horizontaler Luftstrom mit einer Geschwindigkeit von 0,3 bis 1 m/s auf Pflanzenhöhe kann die Grenzschicht zwischen den Pflanzen durchbrechen und die Transpirationsrate erhöhen. Dadurch wird Kalziummangel im Salat vermieden. Wichtig ist, dass der Luftstrom gleichmäßig ist, damit die Pflanzen gleichmäßig wachsen.
Eisenmangel
- Ursache: Die häufigste Ursache für Eisenmangel ist ein hoher pH-Wert im Nährmedium und/oder im Bewässerungswasser. Er kann auch durch ein Nährstoffungleichgewicht verursacht werden.
- Symptome: Eisenmangel macht sich bei Pflanzen durch eine Vergilbung zwischen den Blattadern bemerkbar. Achten Sie darauf, dass dieses Symptom zuerst beim Neuaustrieb auftritt.
- Erkennung: Medien überwachen und Pflanzenanalyse durchführen.
- Behandlung: pH-Wert der Nährlösung korrigieren. Gegebenenfalls Eisendünger zugeben.
- Foto 3: (Links) Dieser hydroponische Basilikum litt stark unter Eisenmangel. Nach Zugabe von Eisen zum Wasser war das neue Wachstum nicht mehr beeinträchtigt. (Rechts) Hydroponische Tomaten mit Blütenendfäule.
Magnesiummangel
- Ursache: Magnesiummangel kann durch einen hohen pH-Wert des Mediums und/oder ein Nährstoffungleichgewicht verursacht werden.
- Symptome: Achten Sie auf die Vergilbung zwischen den Blattadern als Symptom für Magnesiummangel. Magnesiummangel zeigt sich in der Regel zuerst an den unteren bis mittleren Blättern, wodurch er von Eisenmangel unterschieden werden kann.
- Erkennung: Medien überwachen und Pflanzenanalyse durchführen.
- Behandlung: pH-Wert der Nährlösung korrigieren. Gegebenenfalls Eisendünger verabreichen.
Bortoxizität
- Ursache: Bortoxizität entsteht, wenn die Pflanzen zu viel Bor erhalten. Von allen Nährstoffen, die üblicherweise gedüngt werden, hat Bor die geringste Schwankungsbreite zwischen Mangel und Toxizität. Es ist leicht, zu viel Bor auszubringen. Die Düngemittelberechnungen sollten vor der Ausbringung überprüft werden. Bor kann auch im Bewässerungswasser enthalten sein. Es ist wichtig, den Borgehalt des Wassers vor dessen Verwendung zu prüfen und bei der Zugabe von Bor-Düngemitteln den Borgehalt des Wassers zu berücksichtigen.
- Symptome: Symptome der Bortoxizität sind gelbe und abgestorbene Flecken an den Blatträndern. Auch ein vermindertes Wurzelwachstum kann auftreten.
- Erkennung: Medien beobachten und Pflanzenanalyse durchführen.
- Behandlung: Quelle des Borüberschusses ermitteln und beseitigen.
Häufig gestellte Fragen
Welche Rolle spielt der pH-Wert in Hydrokultursystemen und wie beeinflusst er die Nährstoffaufnahme der Pflanzen?
Der pH-Wert in Hydrokultursystemen ist entscheidend für die Verfügbarkeit und Aufnahme von Nährstoffen durch die Pflanzen. Er misst die Säure bzw. Alkalität des Wassers und beeinflusst, welche Nährstoffe in welcher Menge von den Pflanzen aufgenommen werden können. Ein optimaler pH-Wert für hydroponischen Gemüseanbau liegt in der Regel zwischen 5,0 und 7,0.
Was versteht man unter Nährstoffantagonismus in Hydrokultursystemen und welche Auswirkungen hat er?
Nährstoffantagonismus tritt auf, wenn ein Nährstoff in übermäßiger Menge vorhanden ist und die Aufnahme anderer Nährstoffe behindert. Dies kann zu Mangelerscheinungen führen, selbst wenn alle notwendigen Nährstoffe in der Nährlösung vorhanden sind. Ein Beispiel ist ein Überschuss an Kalium, der die Aufnahme von Stickstoff und anderen Nährstoffen stören kann.
Wie erkennt man einen Magnesiummangel bei hydroponisch angebauten Pflanzen und wie behandelt man ihn?
Ein Magnesiummangel äußert sich typischerweise in einer Vergilbung zwischen den Blattadern, beginnend an den unteren bis mittleren Blättern. Zur Behandlung sollte der pH-Wert der Nährlösung überprüft und gegebenenfalls angepasst werden. Zusätzlich kann eine Ergänzung mit Magnesiumdünger erforderlich sein.
Welche Faktoren können zu Bortoxizität in Hydrokultursystemen führen und wie kann man sie vermeiden?
Bortoxizität tritt auf, wenn Pflanzen zu viel Bor ausgesetzt sind. Dies kann durch Überdüngung mit Bor oder durch einen hohen Borgehalt im Bewässerungswasser verursacht werden. Symptome sind gelbe und abgestorbene Flecken an den Blatträndern sowie vermindertes Wurzelwachstum. Zur Vermeidung sollte der Borgehalt in Düngemitteln und Bewässerungswasser genau kontrolliert und angepasst werden.
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