Hydrokultur - Hydroponics

Hydroponik ist eine Art des Gartenbaus und eine Teilmenge der Hydrokultur, die wachsenden beinhaltet Pflanzen (meist beschneidet ) ohne Boden , durch Verwendung von mineralischen Nährstofflösungen in einem wässrigen Lösungsmittel . Landpflanzen können so wachsen, dass ihre Wurzeln der nahrhaften Flüssigkeit ausgesetzt sind, oder zusätzlich können die Wurzeln physisch durch ein inertes Medium wie Perlit , Kies oder andere Substrate gestützt werden . Trotz inerter Medien können Wurzeln Veränderungen des pH-Wertes der Rhizosphäre verursachen und Wurzelexsudate können die Biologie der Rhizosphäre beeinflussen .

Die Nährstoffe in hydroponischen Systemen verwendet wird, kann aus vielen verschiedenen Quellen stammen, darunter Fischausscheidungen , Entenmist , gekauft chemische Düngemittel oder künstliche Nährlösungen .

Zu den Pflanzen, die üblicherweise hydroponisch auf inerten Medien angebaut werden , gehören Tomaten , Paprika , Gurken , Erdbeeren , Salat , Cannabis und Modellpflanzen wie Arabidopsis thaliana .

Hydroponik bietet viele Vorteile, insbesondere eine Verringerung des Wasserverbrauchs in der Landwirtschaft. Um 1 Kilogramm Tomaten mit intensiven Anbaumethoden anzubauen , werden 400 Liter Wasser benötigt; unter Verwendung von Hydrokultur 70 Liter (15 imp gal; 18 US gal); und nur 20 Liter (4,4 imp gal; 5,3 US gal) mit Aeroponik . Da Hydrokultur viel weniger Wasser benötigt, um Produkte anzubauen, könnte es in Zukunft für Menschen in rauen Umgebungen mit wenig zugänglichem Wasser möglich sein, ihre eigenen Lebensmittel anzubauen.

Geschichte

Die früheste veröffentlichte Arbeit über den Anbau von Landpflanzen ohne Erde war das 1627 erschienene Buch Sylva Sylvarum oder 'A Natural History' von Francis Bacon , das ein Jahr nach seinem Tod gedruckt wurde. Danach wurde die Wasserkultur zu einer beliebten Forschungsmethode. 1699 veröffentlichte John Woodward seine Wasserkulturexperimente mit grüner Minze . Er fand heraus, dass Pflanzen in weniger reinen Wasserquellen besser wuchsen als Pflanzen in destilliertem Wasser. Bis 1842 wurde eine Liste von neun Elementen zusammengestellt, die für das Pflanzenwachstum als wesentlich erachtet wurden, und die Entdeckungen der deutschen Botaniker Julius von Sachs und Wilhelm Knop in den Jahren 1859–1875 führten zu einer Entwicklung der Technik des erdlosen Anbaus. Das Wachstum von Landpflanzen ohne Erde in mineralischen Nährlösungen wurde als Lösungskultur bezeichnet. Es wurde schnell zu einer Standardtechnik in Forschung und Lehre und ist immer noch weit verbreitet. Die Lösungskultur wird heute als eine Art Hydrokultur betrachtet, bei der ein inertes Medium vorhanden ist.

Um die 1930er Jahre untersuchten Pflanzenwissenschaftler Krankheiten bestimmter Pflanzen und beobachteten dabei Symptome im Zusammenhang mit bestehenden Bodenverhältnissen. In diesem Zusammenhang wurden Wasserkulturexperimente mit der Hoffnung durchgeführt, ähnliche Symptome unter kontrollierten Bedingungen zu liefern. Dieser von Dennis Robert Hoagland forcierte Ansatz führte dazu, dass Modellsysteme eine immer wichtigere Rolle in der Pflanzenwissenschaft spielen . Im Jahr 1929 begann William Frederick Gericke von der University of California in Berkeley öffentlich dafür zu werben, dass Lösungskulturen für die landwirtschaftliche Pflanzenproduktion verwendet werden . Er nannte es zunächst Aquakultur, fand aber später heraus, dass Aquakultur bereits auf die Kultur von Wasserorganismen angewendet wurde. Gericke erregte Aufsehen, als er in seinem Garten 7,6 Meter hohe Tomatenreben in mineralischen Nährlösungen statt in Erde anbaute. Er führte 1937 den Begriff Hydroponik , Wasserkultur, ein, vorgeschlagen von WA Setchell , einem Phykologen mit einer umfassenden Ausbildung in den Klassikern. Hydroponik ist abgeleitet vom Neologismus υδρωπονικά (abgeleitet von griech. ύδωρ=Wasser und πονέω=kultivieren), aufgebaut in Analogie zu γεωπονικά (abgeleitet von griech. γαία=Erde und πονέω=kultivieren), Geoponica , was die Landwirtschaft betrifft, ersetzen, γεω-, Erde , mit ὑδρο-, Wasser.

Leider unterschätzte Gericke, dass die Zeit für die allgemeine technische Anwendung und kommerzielle Nutzung der Hydrokultur zur Pflanzenproduktion noch nicht reif war. Berichte über Gerickes Arbeit und seine Behauptungen, dass Hydroponik die Pflanzenzucht revolutionieren würde, führten zu einer großen Anzahl von Anfragen nach weiteren Informationen. Gericke war aufgrund der Skepsis der Verwaltung die Nutzung der Gewächshäuser der Universität für seine Experimente verweigert worden, und als die Universität ihn zur Herausgabe seiner vorläufigen, zu Hause entwickelten Nährstoffrezepturen zwingen wollte, bat er um Platz und Zeit im Gewächshaus, um sie mit geeigneten Forschungseinrichtungen zu verbessern. Während ihm schließlich Gewächshausraum zur Verfügung gestellt wurde, beauftragte die Universität Hoagland und Arnon , Gerickes Behauptungen neu zu bewerten und zu zeigen, dass seine Formel keinen Vorteil gegenüber den Erträgen von bodengewachsenen Pflanzen hatte, eine Ansicht, die von Hoagland vertreten wurde. 1940 veröffentlichte Gericke das Buch Complete Guide to Soilless Gardening, nachdem er seine akademische Position 1937 in einem politisch ungünstigen Klima aufgegeben hatte . Darin veröffentlichte er erstmals seine Grundformel mit den Makro- und Mikronährstoffsalzen für hydroponisch angebaute Pflanzen.

Als Ergebnis der Untersuchung von Gerickes Behauptungen im Auftrag der University of California verfassten Dennis Robert Hoagland und Daniel Israel Arnon ein klassisches Agrarbulletin aus dem Jahr 1938, The Water Culture Method for Growing Plants Without Soil, in dem behauptet wurde, dass hydroponische Ernteerträge keine besser als die Ernteerträge, die mit qualitativ guten Böden erzielt werden. Letztendlich würden die Ernteerträge durch andere Faktoren als mineralische Nährstoffe, insbesondere durch Licht, begrenzt. In dieser Studie wurde jedoch nicht ausreichend berücksichtigt, dass Hydrokultur andere wichtige Vorteile hat, einschließlich der Tatsache, dass die Wurzeln der Pflanze ständigen Zugang zu Sauerstoff haben und dass die Pflanzen Zugang zu so viel oder so wenig Wasser haben, wie sie benötigen. Dies ist wichtig, da einer der häufigsten Fehler bei der Kultivierung von Pflanzen das Über- und Unterwässern ist; und Hydrokultur verhindert dies, da große Wassermengen, die Wurzelsysteme im Boden ertrinken können, in der Hydrokultur der Pflanze zur Verfügung gestellt werden können und nicht verbrauchtes Wasser abgelassen, rezirkuliert oder aktiv belüftet wird, wodurch anoxische . eliminiert wird Bedingungen im Wurzelbereich. Im Boden muss ein Züchter sehr erfahren sein, um genau zu wissen, mit wie viel Wasser er die Pflanze füttern muss. Zu viel und die Pflanze bekommt keinen Sauerstoff mehr, weil die Luft in den Bodenporen verdrängt wird; zu wenig und die Pflanze verliert die Fähigkeit, Nährstoffe aufzunehmen, die normalerweise beim Auflösen in die Wurzeln gelangen, was zu Nährstoffmangelerscheinungen wie Chlorose führt . Hoaglands Ansichten und die hilfreiche Unterstützung der Universität veranlassten diese beiden Forscher, mehrere neue Formeln für mineralische Nährlösungen zu entwickeln, die allgemein als Hoagland-Lösung bekannt sind . Modifizierte Hoagland-Lösungen werden weiterhin verwendet, ebenso wie die von Gericke vorgeschlagenen hydroponischen Techniken.

Einer der frühesten Erfolge der Hydrokultur ereignete sich auf Wake Island , einem felsigen Atoll im Pazifischen Ozean, das als Tankstopp für Pan American Airlines diente . In den 1930er Jahren wurde dort Hydroponik eingesetzt, um Gemüse für die Passagiere anzubauen. Hydroponik war auf Wake Island eine Notwendigkeit, weil es keinen Boden gab und es unerschwinglich teuer war, frisches Gemüse per Luftfracht zu transportieren.

Von 1943 bis 1946 diente Daniel I. Arnon als Major in der US-Armee und nutzte seine früheren Kenntnisse in der Pflanzenernährung, um Truppen, die auf der kargen Insel Ponape im Westpazifik stationiert waren, durch den Anbau von Feldfrüchten in Kies und nährstoffreichem Wasser zu ernähren, weil dort war kein Ackerland vorhanden.

In den 1960er Jahren entwickelte Allen Cooper aus England die Nährfilmtechnik . Der Landpavillon im EPCOT Center von Walt Disney World wurde 1982 eröffnet und zeigt eine Vielzahl von Hydrokulturtechniken.

In den letzten Jahrzehnten hat die NASA umfangreiche Hydrokulturforschung für ihr Controlled Ecological Life Support System (CELSS) durchgeführt. Die Hydroponik-Forschung, die eine Marsumgebung nachahmt, verwendet LED-Beleuchtung, um mit viel weniger Wärme in einem anderen Farbspektrum zu wachsen. Ray Wheeler, Pflanzenphysiologe am Space Life Science Lab des Kennedy Space Center, glaubt, dass Hydrokultur als bioregeneratives Lebenserhaltungssystem Fortschritte in der Raumfahrt schaffen wird .

2007 verkaufte Eurofresh Farms in Willcox, Arizona, mehr als 200 Millionen Pfund hydroponisch angebaute Tomaten . Eurofresh hat 318 Acres (1,3 km ² ) unter Glas und stellt etwa ein Drittel der kommerziellen Hydrokultur-Gewächshausfläche in den USA dar. Eurofresh-Tomaten waren pestizidfrei und wurden in Steinwolle mit Top-Bewässerung angebaut . Eurofresh meldete Insolvenz an und die Gewächshäuser wurden 2013 von NatureSweet Ltd. übernommen.

Ab 2017 verfügte Kanada über Hunderte von Hektar großflächiger kommerzieller hydroponischer Gewächshäuser, in denen Tomaten, Paprika und Gurken produziert wurden.

Aufgrund technologischer Fortschritte in der Branche und zahlreicher wirtschaftlicher Faktoren wird der globale Hydroponik-Markt voraussichtlich von 226,45 Millionen US-Dollar im Jahr 2016 auf 724,87 Millionen US-Dollar bis 2023 wachsen.

Techniken

Für jedes Medium gibt es zwei Hauptvarianten: Erd- und Top- Bewässerung . Für alle Techniken werden die meisten hydroponischen Reservoirs heute aus Kunststoff hergestellt, aber es wurden auch andere Materialien verwendet, darunter Beton, Glas, Metall, pflanzliche Feststoffe und Holz. Die Behälter sollten Licht ausschließen, um Algen- und Pilzwachstum in der Nährlösung zu verhindern.

Statische Lösungskultur

In statischer Lösung Kultur werden die Pflanzen in Behältern mit Nährlösung, wie Glas gezüchtet Mason Gläser ( in der Regel in-home - Anwendungen), Töpfe, Eimer, Wannen oder Behälter. Die Lösung wird normalerweise leicht belüftet, kann aber auch unbelüftet sein. Ohne Belüftung wird der Lösungsspiegel niedrig genug gehalten, damit sich genügend Wurzeln über der Lösung befinden, damit sie ausreichend Sauerstoff erhalten. Für jede Pflanze wird ein Loch in den oberen Teil des Reservoirs geschnitten (oder gebohrt); wenn es ein Glas oder eine Wanne ist, kann es sein Deckel sein, aber ansonsten können Karton, Folie, Papier, Holz oder Metall darauf gelegt werden. Ein einzelnes Reservoir kann einer einzelnen Pflanze oder verschiedenen Pflanzen gewidmet sein. Die Reservoirgröße kann mit zunehmender Pflanzengröße erhöht werden. Ein hausgemachtes System kann aus Lebensmittelbehältern oder Glasdosen mit Belüftung durch eine Aquarienpumpe, Aquarienluftschläuche und Aquarienventile gebaut werden. Durchsichtige Behälter werden mit Alufolie, Metzgerpapier, schwarzem Kunststoff oder anderem Material abgedeckt, um Licht auszuschließen und so die Algenbildung zu verhindern. Der Wechsel der Nährlösung erfolgt entweder nach einem Zeitplan, z. B. einmal pro Woche, oder wenn die Konzentration unter einen bestimmten Wert sinkt, der mit einem elektrischen Leitfähigkeitsmessgerät bestimmt wird . Immer wenn die Lösung unter einen bestimmten Wert erschöpft ist, wird entweder Wasser oder frische Nährlösung hinzugefügt. Eine Mariotte-Flasche oder ein Schwimmerventil kann verwendet werden, um den Lösungsstand automatisch aufrechtzuerhalten. Bei der Floßlösungskultur werden die Pflanzen in eine schwimmfähige Plastikfolie gelegt, die auf der Oberfläche der Nährlösung schwimmt. Auf diese Weise sinkt der Lösungsspiegel nie unter die Wurzeln.

Kontinuierliche Lösungskultur

Bei der kontinuierlichen Lösungskultur fließt die Nährlösung ständig an den Wurzeln vorbei. Sie ist viel einfacher zu automatisieren als die Kultur in statischer Lösung, da Probennahmen und Anpassungen der Temperatur, des pH-Werts und der Nährstoffkonzentrationen in einem großen Lagertank vorgenommen werden können, der Tausende von Pflanzen versorgen kann. Eine beliebte Variante ist die Nährstofffilmtechnik oder NFT, wodurch ein sehr flacher Strom von Wasser , alle gelösten Nährstoffe für das Pflanzenwachstum erforderlich ist, enthaltend in einer dünnen Schicht an einer nackten Wurzelmatte von Pflanzen in einem wasserdichten Kanal zurückgeführt wird, mit einer oberen Oberfläche exponierte auf Sendung gehen. Dadurch werden die Wurzeln der Pflanzen reichlich mit Sauerstoff versorgt. Ein richtig ausgelegtes NFT-System basiert auf der Verwendung der richtigen Kanalneigung, der richtigen Durchflussrate und der richtigen Kanallänge. Der Hauptvorteil des NFT-Systems gegenüber anderen Formen der Hydrokultur besteht darin, dass die Pflanzenwurzeln ausreichend mit Wasser, Sauerstoff und Nährstoffen versorgt werden. Bei allen anderen Produktionsformen besteht ein Konflikt zwischen der Versorgung mit diesen Bedarfen, da zu viel oder zu wenig von einem zu einem Ungleichgewicht des einen oder beider anderen führt. NFT bietet aufgrund seines Designs ein System, bei dem alle drei Anforderungen für ein gesundes Pflanzenwachstum gleichzeitig erfüllt werden können, vorausgesetzt, dass das einfache Konzept von NFT immer in Erinnerung bleibt und praktiziert wird. Das Ergebnis dieser Vorteile ist, dass über einen längeren Anbauzeitraum höhere Erträge an hochwertigen Produkten erzielt werden. Ein Nachteil von NFT ist, dass es sehr wenig Pufferung gegen Unterbrechungen im Fluss (zB Stromausfälle) hat. Aber insgesamt ist es wahrscheinlich eine der produktiveren Techniken.

Für alle gängigen NFT-Systeme gelten die gleichen Konstruktionsmerkmale. Während Gefälle entlang von Kanälen von 1:100 empfohlen wurden, ist es in der Praxis schwierig, eine Basis für Kanäle zu bauen, die ausreichend treu ist, um ein Abfließen von Nährstofffilmen zu ermöglichen, ohne in lokal niedergedrückten Gebieten zu stauen. Daher wird empfohlen, Steigungen von 1:30 bis 1:40 zu verwenden. Dies lässt geringfügige Unebenheiten in der Oberfläche zu, aber selbst bei diesen Neigungen kann es zu Stauungen und Staunässe kommen. Die Neigung kann durch den Boden bereitgestellt werden, Bänke oder Gestelle können die Kanäle halten und die erforderliche Neigung bereitstellen. Beide Methoden werden verwendet und hängen von den lokalen Anforderungen ab, die oft durch den Standort und die Anforderungen der Kultur bestimmt werden.

Als allgemeine Richtlinie sollten die Durchflussraten für jeden Gully einen Liter pro Minute betragen. Beim Pflanzen können die Raten halb so hoch sein und die Obergrenze von 2 l/min erscheint ungefähr als das Maximum. Flussraten jenseits dieser Extreme sind oft mit Ernährungsproblemen verbunden. Bei einer Kanallänge von mehr als 12 Metern wurden bei vielen Feldfrüchten verminderte Wachstumsraten beobachtet. Bei schnell wachsenden Pflanzen haben Tests gezeigt, dass der Sauerstoffgehalt zwar angemessen bleibt, aber der Stickstoff über die Länge der Rinne erschöpft sein kann. Daher sollte die Kanallänge 10–15 Meter nicht überschreiten. In Situationen, in denen dies nicht möglich ist, können die Wachstumsminderungen beseitigt werden, indem eine weitere Nährstoffzufuhr in der Mitte des Gullys platziert und die Durchflussmengen durch jeden Auslass halbiert werden.

Aeroponik

Aeroponik ist ein System, bei dem Wurzeln kontinuierlich oder diskontinuierlich in einer Umgebung gehalten werden, die mit feinen Tropfen (einem Nebel oder Aerosol ) einer Nährlösung gesättigt ist . Das Verfahren erfordert kein Substrat und beinhaltet das Züchten von Pflanzen, deren Wurzeln in einer tiefen Luft oder einer Wachstumskammer hängen, wobei die Wurzeln periodisch mit einem feinen Nebel aus zerstäubten Nährstoffen benetzt werden . Ausgezeichnete Belüftung ist der Hauptvorteil der Aeroponik.

Aeroponische Techniken haben sich als kommerziell erfolgreich für die Vermehrung, die Samenkeimung, die Saatkartoffelproduktion, die Tomatenproduktion, Blattkulturen und Mikrogemüse erwiesen. Seit der Erfinder Richard Stoner 1983 die Aeroponik-Technologie kommerzialisiert hat, wird Aeroponik weltweit als Alternative zu wasserintensiven Hydrokultursystemen eingesetzt. Die Einschränkung der Hydrokultur ist die Tatsache, dass 1 Kilogramm (2,2 lb) Wasser nur 8 Milligramm (0,12 g) Luft aufnehmen kann, egal ob Belüfter verwendet werden oder nicht.

Ein weiterer deutlicher Vorteil der Aeroponik gegenüber der Hydroponik besteht darin, dass jede Pflanzenart in einem echten Aeroponiksystem angebaut werden kann, da die Mikroumgebung einer Aeroponik fein gesteuert werden kann. Die Einschränkung der Hydrokultur besteht darin, dass bestimmte Pflanzenarten nur so lange im Wasser überleben können, bevor sie durchnässt werden . Der Vorteil der Aeroponik besteht darin, dass schwebende aeroponische Pflanzen 100% des verfügbaren Sauerstoffs und Kohlendioxids an die Wurzelzone, Stängel und Blätter erhalten, wodurch das Biomassewachstum beschleunigt und die Bewurzelungszeiten verkürzt werden. NASA-Forschungen haben gezeigt, dass aeroponisch angebaute Pflanzen im Vergleich zu hydroponisch angebauten Pflanzen eine 80-prozentige Zunahme der Trockengewichtsbiomasse (essentielle Mineralien) aufweisen. Aeroponik verbraucht 65 % weniger Wasser als Hydroponik. Die NASA kam auch zu dem Schluss, dass aeroponisch angebaute Pflanzen im Vergleich zu Hydrokulturen ¼ der Nährstoffzufuhr benötigen. Im Gegensatz zu hydroponisch angebauten Pflanzen erleiden aeroponisch angebaute Pflanzen keinen Transplantationsschock, wenn sie in den Boden verpflanzt werden, und bieten Züchtern die Möglichkeit, die Ausbreitung von Krankheiten und Krankheitserregern zu reduzieren. Aeroponik wird auch häufig in Laborstudien der Pflanzenphysiologie und Pflanzenpathologie verwendet. Aeroponischen Techniken wurde von der NASA besondere Aufmerksamkeit gewidmet, da ein Nebel in einer Schwerelosigkeitsumgebung einfacher zu handhaben ist als eine Flüssigkeit.

Nebelponik

Fogponik ist eine Ableitung der Aeroponik, bei der die Nährlösung durch ein bei Ultraschallfrequenzen vibrierendes Diaphragma vernebelt wird . Lösungströpfchen, die mit dieser Methode erzeugt werden, haben in der Regel einen Durchmesser von 5–10 µm und sind damit kleiner als diejenigen, die durch Drücken einer Nährlösung durch Druckdüsen, wie in der Aeroponik, erzeugt werden. Die kleinere Größe der Tröpfchen ermöglicht es ihnen, leichter durch die Luft zu diffundieren und Nährstoffe an die Wurzeln zu liefern, ohne ihren Zugang zu Sauerstoff einzuschränken.

Passive Erd-Bewässerung

Passive Erdbewässerung, auch bekannt als passive Hydrokultur , Semi- Hydrokultur oder Hydrokultur , ist eine Methode, bei der Pflanzen in einem inerten porösen Medium gezüchtet werden, das Wasser und Dünger durch Kapillarwirkung aus einem separaten Reservoir nach Bedarf zu den Wurzeln transportiert und so den Arbeitsaufwand reduziert und Bereitstellung einer konstanten Wasserversorgung der Wurzeln. Bei der einfachsten Methode steht der Topf in einer flachen Dünger-Wasser-Lösung oder auf einer mit Nährlösung getränkten Kapillarmatte. Die verschiedenen verfügbaren hydroponischen Medien, wie Blähton und Kokosnussschalen , enthalten mehr Luftraum als herkömmliche Blumenerde und liefern den Wurzeln mehr Sauerstoff, was bei epiphytischen Pflanzen wie Orchideen und Bromelien wichtig ist , deren Wurzeln der Luft ausgesetzt sind in der Natur. Weitere Vorteile der passiven Hydrokultur sind die Reduzierung von Wurzelfäule und die zusätzliche Umgebungsfeuchtigkeit durch Verdunstung.

Hydrokultur im Vergleich zur traditionellen Landwirtschaft in Bezug auf den Ernteertrag pro Fläche in einer kontrollierten Umgebung war etwa 10 Mal effizienter als die traditionelle Landwirtschaft, verbraucht 13 Mal weniger Wasser in einem Kulturzyklus als die traditionelle Landwirtschaft, verbraucht jedoch im Durchschnitt 100 Mal mehr Kilojoule pro Kilogramm Energie als die traditionelle Landwirtschaft.

Ebbe und Flut (Flut und Entwässerung) Erdbewässerung

In seiner einfachsten Form befindet sich eine Schale über einem Vorratsbehälter mit Nährlösung. Entweder wird die Schale mit Nährmedium gefüllt (am häufigsten Tongranulat) und dann direkt gepflanzt oder den Topf über Nährboden gestellt und in die Schale gestellt. Eine einfache Zeitschaltuhr veranlasst in regelmäßigen Abständen eine Pumpe, die obere Schale mit Nährlösung zu füllen, woraufhin die Lösung wieder in den Vorratsbehälter abfließt. Dadurch wird das Medium regelmäßig mit Nährstoffen und Luft gespült. Sobald sich die obere Wanne über den Ablaufstopp hinaus gefüllt hat, beginnt sie mit der Umwälzung des Wassers, bis der Timer die Pumpe abschaltet und das Wasser in der oberen Wanne zurück in die Behälter abläuft.

Run-to-Waste

In einem Run-to-Waste-System werden regelmäßig Nähr- und Wasserlösungen auf die Mediumoberfläche aufgetragen. Die Methode wurde 1946 in Bengalen erfunden ; Aus diesem Grund wird es manchmal als "Das bengalische System" bezeichnet.

Diese Methode kann in verschiedenen Konfigurationen eingerichtet werden. In seiner einfachsten Form wird eine Nährstoff-Wasser-Lösung ein- oder mehrmals täglich manuell auf einen Behälter mit inerten Kultursubstraten wie Steinwolle, Perlit, Vermiculit, Kokosfasern oder Sand aufgetragen. In einem etwas komplexeren System wird es mit einer Förderpumpe, einem Timer und einem Bewässerungsschlauch automatisiert, um Nährlösung mit einer Förderfrequenz zuzuführen, die von den Schlüsselparametern Pflanzengröße, Pflanzenwachstumsstadium, Klima, Substrat und Substratleitfähigkeit bestimmt wird , pH und Wassergehalt.

In einer kommerziellen Umgebung ist die Bewässerungsfrequenz multifaktoriell und wird von Computern oder SPS gesteuert .

Die kommerzielle Hydroponik-Produktion von großen Pflanzen wie Tomaten, Gurken und Paprika verwendet die eine oder andere Form von Run-to-Waste-Hydroponik.

Bei umweltverträglichen Anwendungen wird der nährstoffreiche Abfall gesammelt und durch ein Filtersystem vor Ort verarbeitet, um viele Male verwendet zu werden, was das System sehr produktiv macht.

Einige Bonsai werden auch in erdfreien Substraten (in der Regel bestehend aus Akadama , Kies , Kieselgur und anderen anorganischen Komponenten) angebaut und ihr Wasser und ihre Nährstoffe werden in Form von Run-to-Waste bereitgestellt.

Tiefwasserkultur

Die hydroponische Methode der Pflanzenproduktion durch Suspendieren der Pflanzenwurzeln in einer Lösung aus nährstoffreichem, sauerstoffreichem Wasser. Traditionelle Methoden bevorzugen die Verwendung von Plastikeimern und großen Behältern, wobei die Pflanze in einem Netztopf enthalten ist, der von der Mitte des Deckels hängt und die Wurzeln in der Nährlösung hängen. Die Lösung ist sauerstoffgesättigt durch eine Luftpumpe kombiniert mit porösen Steinen . Bei dieser Methode wachsen die Pflanzen aufgrund der hohen Sauerstoffmenge, die die Wurzeln erhalten, viel schneller. Die Kratky-Methode ähnelt der Tiefwasserkultur, verwendet jedoch ein nicht zirkulierendes Wasserreservoir.

Top-gefütterte Tiefseekultur

Die von oben gefütterte Tiefwasserkultur ist eine Technik, bei der stark sauerstoffreiche Nährlösung direkt in die Wurzelzone von Pflanzen geliefert wird. Während bei der Tiefwasserkultur die Pflanzenwurzeln in ein Reservoir mit Nährlösung herabhängen, wird bei der Top-Fed-Tiefenwasserkultur die Lösung aus dem Reservoir bis zu den Wurzeln gepumpt (Top-Feeding). Das Wasser wird über die Wurzeln der Pflanze abgegeben und fließt dann in einem ständig umlaufenden System zurück in das darunter liegende Reservoir. Wie bei der Tiefenwasserkultur befindet sich im Reservoir ein Airstone , der über einen Schlauch von außerhalb des Reservoirs Luft in das Wasser pumpt. Der Ausströmer trägt dazu bei, dem Wasser Sauerstoff zuzuführen. Sowohl der Airstone als auch die Wasserpumpe laufen 24 Stunden am Tag.

Der größte Vorteil der von oben gefütterten Tiefseekultur gegenüber der Standard-Tiefwasserkultur ist das erhöhte Wachstum in den ersten Wochen. Bei der Tiefwasserkultur gibt es eine Zeit, in der die Wurzeln das Wasser noch nicht erreicht haben. Bei einer von oben gefütterten Tiefwasserkultur erhalten die Wurzeln von Anfang an leichten Zugang zu Wasser und wachsen viel schneller in das darunter liegende Reservoir als bei einem Tiefwasserkultursystem. Sobald die Wurzeln das darunter liegende Reservoir erreicht haben, gibt es bei der von oben gefütterten Tiefwasserkultur keinen großen Vorteil gegenüber der Standard-Tiefwasserkultur. Aufgrund des schnelleren Wachstums am Anfang kann die Wachstumszeit jedoch um einige Wochen verkürzt werden.

Rotary

Ein rotierender Hydroponikgarten ist eine Art kommerzieller Hydrokultur, die innerhalb eines kreisförmigen Rahmens erstellt wird, der sich während des gesamten Wachstumszyklus jeder Pflanze, die angebaut wird, kontinuierlich dreht.

Während die Systemspezifika unterschiedlich sind, rotieren die Systeme normalerweise einmal pro Stunde, wodurch eine Pflanze alle 24 Stunden 24 volle Umdrehungen innerhalb des Kreises erhält. In der Mitte jedes Hydrokultur-Rotationsgartens kann sich ein hochintensives Wachstumslicht befinden, das Sonnenlicht simuliert, oft mit Hilfe eines mechanisierten Timers.

Jeden Tag, während die Pflanzen rotieren, werden sie regelmäßig mit einer hydroponischen Wachstumslösung bewässert, um alle Nährstoffe bereitzustellen, die für ein robustes Wachstum erforderlich sind. Aufgrund des ständigen Kampfes der Pflanzen gegen die Schwerkraft reifen Pflanzen in der Regel viel schneller als wenn sie in Erde oder anderen traditionellen hydroponischen Anbausystemen angebaut werden. Da rotierende hydroponische Systeme eine geringe Größe haben, kann mehr Pflanzenmaterial pro Fläche angebaut werden als bei anderen traditionellen hydroponischen Systemen.

Substrate (Wachstumsträgermaterialien)

Eine der offensichtlichsten Entscheidungen, die hydroponische Landwirte treffen müssen, ist, welches Medium sie verwenden sollten. Unterschiedliche Medien sind für unterschiedliche Wachstumstechniken geeignet.

Blähtonzuschlag

Gebackene Tonpellets eignen sich für hydroponische Systeme, in denen alle Nährstoffe in Wasserlösung sorgfältig kontrolliert werden. Die Tonpellets sind inert, pH- neutral und enthalten keine Nährwerte.

Der Ton wird in runde Pellets geformt und gebrannt in Rotations Brennöfen bei 1.200 ° C (2.190 ° F). Dadurch dehnt sich der Ton wie Popcorn aus und wird porös. Es hat ein geringes Gewicht und verdichtet sich im Laufe der Zeit nicht. Die Form eines einzelnen Pellets kann je nach Marke und Herstellungsverfahren unregelmäßig oder einheitlich sein. Die Hersteller betrachten Blähton ein ökologisch nachhaltiger und wiederverwendbarer Nährsubstrat sein wegen seiner Fähigkeit , durch Waschen, typischerweise in Lösungen von weißen Essig, gereinigt und sterilisiert wird Chlorbleichmitteln , oder Wasserstoffperoxid ( H
₂Ö
₂) und vollständig ausspülen.

Eine andere Ansicht ist, dass Tonkiesel am besten nicht wiederverwendet werden, selbst wenn sie gereinigt werden, da Wurzelwachstum in das Medium gelangen kann. Das Aufbrechen eines Tonkiesels nach einer Ernte zeigt dieses Wachstum.

Wachstumssteine

Growstones , die aus Glasabfällen hergestellt werden, haben sowohl mehr Luft- als auch Wasserspeicherraum als Perlit und Torf. Dieses Aggregat hält mehr Wasser als Parboiled-Reishülsen. Growstones bestehen nach Volumen aus 0,5 bis 5 % Kalziumkarbonat – für einen Standardbeutel von 5,1 kg Growstones entspricht das 25,8 bis 258 Gramm Kalziumkarbonat . Der Rest ist Natron-Kalk-Glas.

Kokos Kokos

Unabhängig von der Nachfrage nach Hydrokultur ist Kokos-Kokos ein natürliches Nebenprodukt, das aus Kokosprozessen gewonnen wird. Die äußere Schale einer Kokosnuss besteht aus Fasern, die häufig verwendet werden, um eine Vielzahl von Gegenständen herzustellen, von Fußmatten bis hin zu Bürsten. Nachdem die langen Fasern für diese Anwendungen verwendet wurden, werden der Staub und die kurzen Fasern zu Kokosfasern zusammengeführt. Kokosnüsse nehmen während ihres gesamten Lebenszyklus hohe Mengen an Nährstoffen auf, daher muss die Kokosnuss einen Reifungsprozess durchlaufen, bevor sie zu einem lebensfähigen Wachstumsmedium wird. Dieses Verfahren entfernt Salz, Tannine und phenolische Verbindungen durch ausgiebiges Waschen mit Wasser. Verunreinigtes Wasser ist ein Nebenprodukt dieses Prozesses, da 300 bis 600 Liter Wasser pro Kubikmeter Kokosfasern benötigt werden. Darüber hinaus kann diese Reifung bis zu sechs Monate dauern und eine Studie kam zu dem Schluss, dass die Arbeitsbedingungen während des Reifungsprozesses gefährlich und in Nordamerika und Europa illegal wären. Obwohl die Kokosnuss Aufmerksamkeit erfordert, gesundheitliche Risiken und Umweltbelastungen mit sich bringt, hat sie beeindruckende Materialeigenschaften. Bei Wassereinwirkung dehnt sich das braune, trockene, klumpige und faserige Material um fast das Drei- bis Vierfache seiner ursprünglichen Größe aus. Diese Eigenschaft in Kombination mit dem Wasserrückhaltevermögen und der Widerstandsfähigkeit der Kokosnuss gegen Schädlinge und Krankheiten machen sie zu einem effektiven Wachstumsmedium. Als Alternative zu Steinwolle bietet Kokos, auch Kokostorf genannt, optimierte Wachstumsbedingungen.

Reishülsen

Parboiled Reishülsen (PBH) sind ein landwirtschaftliches Nebenprodukt, das ansonsten wenig Nutzen hätte. Sie zerfallen mit der Zeit und ermöglichen eine Entwässerung und halten sogar weniger Wasser zurück als Wachstumssteine. Eine Studie zeigte, dass Reishülsen die Wirkung von Pflanzenwachstumsregulatoren nicht beeinflussten .

Perlit

Perlit ist ein vulkanisches Gestein, das zu sehr leichten Blähglaskieseln überhitzt wurde. Es wird lose oder in Plastikhüllen ins Wasser getaucht verwendet. Es wird auch in Blumenerdemischungen verwendet, um die Bodendichte zu verringern. Perlite hat ähnliche Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten wie Vermiculit , hält aber im Allgemeinen mehr Luft und weniger Wasser und ist schwimmfähig.

Vermiculit

Wie Perlit ist Vermiculit ein Mineral, das überhitzt wurde, bis es sich zu leichten Kieselsteinen ausdehnt. Vermiculit hält mehr Wasser als Perlit und hat eine natürliche "Dochtwirkung", die Wasser und Nährstoffe in einem passiven Hydrokultursystem aufnehmen kann. Wenn zu viel Wasser und zu wenig Luft die Pflanzenwurzeln umgibt, kann das Wasserrückhaltevermögen des Mediums durch Zumischung von zunehmendem Perlit schrittweise gesenkt werden.

Bimsstein

Wie Perlit ist Bimsstein ein leichtes, abgebautes Vulkangestein, das in der Hydrokultur Anwendung findet.

Sand

Sand ist billig und leicht verfügbar. Es ist jedoch schwer, hält das Wasser nicht sehr gut und muss zwischen den Anwendungen sterilisiert werden. Da Sand leicht verfügbar und stark nachgefragt ist, zeichnet sich eine Sandknappheit ab, da wir zur Neige gehen.

Kies

Dieselbe Sorte, die in Aquarien verwendet wird, obwohl jeder kleine Kies verwendet werden kann, vorausgesetzt, er wird zuerst gewaschen. In der Tat werden Pflanzen, die in einem typischen traditionellen Kiesfilterbett wachsen, bei dem das Wasser durch elektrische Powerhead-Pumpen umgewälzt wird, tatsächlich mit Kies-Hydroponik gezüchtet. Kies ist preiswert, leicht sauber zu halten, lässt sich gut abfließen und wird nicht durchnässt. Es ist jedoch auch schwer und wenn das System kein kontinuierliches Wasser liefert, können die Pflanzenwurzeln austrocknen.

Holzfaser

Holzfasern , die aus der Dampfreibung von Holz hergestellt werden, sind ein sehr effizientes organisches Substrat für die Hydrokultur. Es hat den Vorteil, dass es seine Struktur sehr lange behält. Holzwolle (dh Holzsplitter) werden seit den frühesten Tagen der Hydrokulturforschung verwendet. Neuere Forschungen legen jedoch nahe, dass Holzfasern nachteilige Auswirkungen auf "Pflanzenwachstumsregulatoren" haben können.

Schafswolle

Wolle von Scher Schafe ist eine wenig befahrene noch erneuerbare Nährsubstrat viel versprechend. In einer Studie, in der Wolle mit Torfplatten, Kokosfaserplatten, Perlit- und Steinwollplatten zum Anbau von Gurkenpflanzen verglichen wurde, hatte Schafwolle eine um 70 % größere Luftkapazität, die mit der Nutzung auf vergleichbare 43 % abnahm, und eine Wasserkapazität, die von 23 anstieg % bis 44 % bei Gebrauch. Die Verwendung von Schafwolle führte zu den höchsten Erträgen der getesteten Substrate, während die Anwendung eines Biostimulators bestehend aus Huminsäure, Milchsäure und Bacillus subtilis die Erträge in allen Substraten verbesserte.

Steinwolle

Steinwolle ( Mineralwolle ) ist das am häufigsten verwendete Medium in der Hydrokultur. Steinwolle ist ein inertes Substrat, das sowohl für Run-to-Waste- als auch für Umlaufsysteme geeignet ist. Steinwolle wird aus geschmolzenem Gestein, Basalt oder „Schlacke“ hergestellt, die zu Bündeln von Einzelfilamentfasern gesponnen und zu einem kapillaraktiven Medium gebunden wird und effektiv vor den meisten mikrobiologischen Abbauvorgängen geschützt ist. Steinwolle wird normalerweise nur für das Sämlingsstadium oder mit neu geschnittenen Klonen verwendet, kann aber während ihrer gesamten Lebensdauer auf der Pflanzenbasis verbleiben. Steinwolle hat viele Vorteile und einige Nachteile. Letzteres ist die mögliche Hautreizung (mechanisch) bei der Handhabung (1:1000). Eine Spülung mit kaltem Wasser bringt in der Regel Linderung. Zu den Vorteilen gehört seine nachgewiesene Effizienz und Wirksamkeit als kommerzielles Hydrokultursubstrat. Der größte Teil der bisher verkauften Steinwolle ist ein ungefährliches, nicht krebserregendes Material, das unter Anmerkung Q der EU-Verordnung zur Einstufung von Verpackungen und Kennzeichnungen (CLP) fällt.

Mineralwolleprodukte können so entwickelt werden, dass sie große Mengen an Wasser und Luft aufnehmen, die das Wurzelwachstum und die Nährstoffaufnahme in Hydrokulturen unterstützen. ihre faserige Natur bietet auch eine gute mechanische Struktur, um die Pflanze stabil zu halten. Der natürlich hohe pH-Wert von Mineralwolle macht sie für das Pflanzenwachstum zunächst ungeeignet und erfordert eine "Konditionierung", um eine Wolle mit einem geeigneten, stabilen pH-Wert herzustellen.

Ziegelscherben

Ziegelscherben haben ähnliche Eigenschaften wie Kies. Sie haben den zusätzlichen Nachteil, dass sie möglicherweise den pH-Wert ändern und vor der Wiederverwendung eine zusätzliche Reinigung erfordern.

Erdnüsse aus Polystyrol

Erdnüsse aus Polystyrolpackungen sind kostengünstig, leicht erhältlich und haben eine ausgezeichnete Drainage. Für einige Anwendungen können sie jedoch zu leicht sein. Sie werden hauptsächlich in geschlossenen Rohrsystemen verwendet. Beachten Sie, dass nicht biologisch abbaubare Polystyrol- Erdnüsse verwendet werden müssen; biologisch abbaubare Verpackungserdnüsse zersetzen sich zu einem Schlamm. Pflanzen können Styrol aufnehmen und an ihre Verbraucher weitergeben; Dies ist ein mögliches Gesundheitsrisiko.

Nährstofflösungen

Anorganische Hydrokulturlösungen

Die Formulierung hydroponischer Lösungen ist eine Anwendung der Pflanzenernährung mit Nährstoffmangelsymptomen, die denen der traditionellen bodenbasierten Landwirtschaft entsprechen . Die zugrunde liegende Chemie hydroponischer Lösungen kann sich jedoch in vielerlei Hinsicht von der Bodenchemie unterscheiden . Wichtige Unterschiede sind:

• Im Gegensatz zu Böden haben hydroponische Nährlösungen keine Kationenaustauschkapazität (CEC) von Tonpartikeln oder organischem Material. Das Fehlen von CEC und Bodenporen bedeutet, dass sich der pH-Wert , die Sauerstoffsättigung und die Nährstoffkonzentrationen in Hydrokulturen viel schneller ändern können, als dies im Boden möglich ist.
• Die selektive Aufnahme von Nährstoffen durch Pflanzen bringt oft die Menge an Gegenionen in Lösung aus dem Gleichgewicht . Dieses Ungleichgewicht kann sich schnell auf den pH-Wert der Lösung und die Fähigkeit von Pflanzen auswirken, Nährstoffe mit ähnlicher Ionenladung aufzunehmen (siehe Artikel Membranpotential ). Zum Beispiel werden Nitrat- Anionen von Pflanzen oft schnell verbraucht, um Proteine zu bilden , wobei ein Überschuss an Kationen in Lösung bleibt. Dieses Kationenungleichgewicht kann zu Mangelerscheinungen bei anderen auf Kationen basierenden Nährstoffen (zB Mg ²⁺ ) führen, selbst wenn eine ideale Menge dieser Nährstoffe in der Lösung gelöst ist.
• Je nach pH-Wert oder Vorhandensein von Wasserverunreinigungen können Nährstoffe wie Eisen aus der Lösung ausfallen und für Pflanzen unzugänglich werden. Routinemäßige pH-Anpassungen, Puffern der Lösung oder die Verwendung von Chelatbildnern sind oft erforderlich.
• Im Gegensatz zu Bodenarten , die in ihrer Zusammensetzung stark variieren können , sind hydroponische Lösungen oft standardisiert und erfordern eine routinemäßige Pflege für den Pflanzenanbau. Hydroponische Lösungen werden periodisch auf einen nahezu neutralen pH-Wert (pH ≈ 6,0) eingestellt und mit Sauerstoff belüftet. Außerdem müssen die Wasserstände aufgefüllt werden, um Transpirationsverluste auszugleichen, und Nährstofflösungen müssen erneut angereichert werden, um die Nährstoffungleichgewichte zu korrigieren, die beim Pflanzenwachstum auftreten und die Nährstoffreserven erschöpfen. Manchmal wird die regelmäßige Messung von Nitrationen als Parameter verwendet, um die verbleibenden Anteile und Konzentrationen anderer Nährstoffionen in einer Lösung abzuschätzen.

Wie in der konventionellen Landwirtschaft, Nährstoffe sollten gerecht zu werden eingestellt werden Liebigs Gesetz des Minimums für jede spezifische Anlagen Vielfalt . Dennoch existieren allgemein akzeptable Konzentrationen für Nährlösungen, wobei die minimalen und maximalen Konzentrationsbereiche für die meisten Pflanzen etwas ähnlich sind. Die meisten Nährlösungen werden auf Konzentrationen zwischen 1.000 und 2.500 ppm gemischt . Akzeptable Konzentrationen für die einzelnen Nährstoffionen, die diese Gesamt-ppm-Zahl umfassen, sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst. Bei essentiellen Nährstoffen führen Konzentrationen unterhalb dieser Bereiche häufig zu Nährstoffmangel, während eine Überschreitung dieser Bereiche zu Nährstofftoxizität führen kann. Optimale Nährstoffkonzentrationen für Pflanzensorten werden empirisch durch Erfahrungswerte oder durch Pflanzengewebetests gefunden .

Element	Rolle	Ionenform(en)	Niedriger Bereich (ppm)	Hoher Bereich (ppm)	Gemeinsame Quellen	Kommentar
Stickstoff	Essentielle Makronährstoffe	NEIN− 3oder NH+ 4	100	1000	KNO 3 , NH 4 NO 3 , Ca(NO 3 ) 2 , HNO 3 , (NH 4 ) 2 SO 4 und (NH 4 ) 2 HPO 4	NH+ 4stört die Ca 2+ -Aufnahme und kann bei Verwendung als Hauptstickstoffquelle für Pflanzen toxisch sein. Ein 3:1-Verhältnis von NO− 3-N zu NH+ 4-N ( Gew.-% ) wird manchmal empfohlen, um den pH-Wert während der Stickstoffaufnahme auszugleichen. Pflanzen reagieren je nach Stickstoffform unterschiedlich, z. B. ist Ammonium positiv geladen und die Pflanze stößt daher ein Proton (H+ ) für jedes NH+ 4aufgenommen, was zu einer Verringerung des pH-Wertes der Rhizosphäre führt. Bei Lieferung mit NO− 3, das Gegenteil kann eintreten, wenn die Pflanze Bicarbonat (HCO− 3), was den pH-Wert der Rhizosphäre erhöht. Diese pH-Änderungen können die Verfügbarkeit anderer essentieller pflanzlicher Mikronährstoffe (zB Zn, Ca, Mg) beeinflussen.
Kalium	Essentielle Makronährstoffe	K +	100	400	KNO 3 , K 2 SO 4 , KCl , KOH , K 2 CO 3 , K 2 HPO 4 und K 2 SiO 3	Hohe Konzentrationen stören die Funktion von Fe, Mn und Zn. Zinkmangel ist oft am offensichtlichsten.
Phosphor	Essentielle Makronährstoffe	Bestellung3− 4	30	100	K 2 HPO 4 , KH 2 PO 4 , NH 4 H 2 PO 4 , H 3 PO 4 und Ca(H 2 PO 4 ) 2	Überschüssiges NO− 3 neigt dazu, PO . zu hemmen3− 4Absorption. Das Verhältnis von Eisen zu PO3− 4können Co-Präzipitationsreaktionen beeinflussen .
Kalzium	Essentielle Makronährstoffe	Ca 2+	200	500	Ca(NO 3 ) 2 , Ca(H 2 PO 4 ) 2 , CaSO 4 , CaCl 2	Überschüssiges Ca 2+ hemmt die Mg 2+ -Aufnahme.
Magnesium	Essentielle Makronährstoffe	Mg 2+	50	100	MgSO 4 und MgCl 2	Sollte die Ca 2+ -Konzentration aufgrund der kompetitiven Aufnahme nicht überschreiten .
Schwefel	Essentielle Makronährstoffe	SO2− 4	50	1000	MgSO 4 , K 2 SO 4 , CaSO 4 , H 2 SO 4 , (NH 4 ) 2 SO 4 , ZnSO 4 , CuSO 4 , FeSO 4 und MnSO 4	Im Gegensatz zu den meisten Nährstoffen vertragen Pflanzen eine hohe Konzentration des SO2− 4, den Nährstoff nach Bedarf selektiv aufnehmen. Unerwünschte Gegenioneneffekte treten jedoch weiterhin auf.
Eisen	Essentielle Mikronährstoffe	Fe 3+ und Fe 2+	2	5	Fe DTPA , Fe EDTA , Eisen - Citrat , Eisen - Tartrat , FeCl 3 , Eisen - III - EDTA und FeSO 4	pH- Werte über 6,5 verringern die Eisenlöslichkeit stark. Chelatbildner (zB DTPA , Zitronensäure oder EDTA) werden oft zugesetzt, um die Eisenlöslichkeit über einen größeren pH-Bereich zu erhöhen.
Zink	Essentielle Mikronährstoffe	Zn2 +	0,05	1	ZnSO 4	Überschüssiges Zink ist für Pflanzen hochgiftig, aber in geringen Konzentrationen für Pflanzen essentiell.
Kupfer	Essentielle Mikronährstoffe	Cu 2+	0,01	1	CuSO 4	Die Empfindlichkeit der Pflanzen gegenüber Kupfer ist sehr variabel. 0,1 ppm können für einige Pflanzen giftig sein, während eine Konzentration von bis zu 0,5 ppm für viele Pflanzen oft als ideal angesehen wird.
Mangan	Essentielle Mikronährstoffe	Mn 2+	0,5	1	MnSO 4 und MnCl 2	Die Aufnahme wird durch einen hohen PO . verbessert3− 4 Konzentrationen.
Bor	Essentielle Mikronährstoffe	B(OH)− 4	0,3	10	H 3 BO 3 und Na 2 B 4 O 7	Als essentieller Nährstoff sind einige Pflanzen jedoch sehr empfindlich gegenüber Bor (z. B. sind toxische Wirkungen bei Zitrusbäumen bei 0,5 ppm sichtbar ).
Molybdän	Essentielle Mikronährstoffe	Muhen− 4	0,001	0,05	(NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 und Na 2 MoO 4	Ein Bestandteil des Enzyms Nitratreduktase und von Rhizobien zur Stickstofffixierung benötigt .
Nickel	Essentielle Mikronährstoffe	Ni2 +	0,057	1,5	NiSO 4 und NiCO 3	Unentbehrlich für viele Pflanzen (zB Hülsenfrüchte und einige Getreidearten). Wird auch im Enzym Urease verwendet .
Chlor	Variabler Mikronährstoff	Cl −	0	Sehr variabel	KCl, CaCl 2 , MgCl 2 und NaCl	Kann NO . stören− 3Aufnahme bei einigen Pflanzen, kann jedoch bei einigen Pflanzen von Vorteil sein (zB bei Spargel bei 5 ppm). Fehlt bei Koniferen , Farnen und den meisten Moosen .
Aluminium	Variabler Mikronährstoff	Al 3+	0	10	Al 2 (SO 4 ) 3	Unentbehrlich für einige Pflanzen (zB Erbsen , Mais , Sonnenblumen und Getreide ). Kann für einige Pflanzen unter 10 ppm giftig sein. Wird manchmal zur Herstellung von Blütenpigmenten verwendet (zB von Hortensien ).
Silizium	Variabler Mikronährstoff	SiO2− 3	0	140	K 2 SiO 3 , Na 2 SiO 3 und H 2 SiO 3	Vorkommen in den meisten Pflanzen, reichlich in Getreide, Gräsern und Baumrinde. Nachweis, dass SiO2− 3 verbessert die Resistenz gegen Pflanzenkrankheiten.
Titan	Variabler Mikronährstoff	Ti 3+	0	5	H 4 TiO 4	Könnte essentiell sein, aber Spuren von Ti 3+ sind so allgegenwärtig, dass ihre Zugabe selten gerechtfertigt ist. Bei 5 ppm sind günstige Wachstumseffekte bei einigen Kulturen (zB Ananas und Erbsen) erkennbar.
Kobalt	Nicht essentieller Mikronährstoff	Co 2+	0	0,1	CoSO 4	Wird von Rhizobien benötigt, wichtig für die Knollenbildung der Leguminosenwurzeln .
Natrium	Nicht essentieller Mikronährstoff	Nein +	0	Sehr variabel	Na 2 SiO 3 , Na 2 SO 4 , NaCl, NaHCO 3 und NaOH	Na + kann K + in einigen Pflanzenfunktionen teilweise ersetzen, aber K + ist immer noch ein essentieller Nährstoff.
Vanadium	Nicht essentieller Mikronährstoff	Stimme 2+	0	Spur, unbestimmt	VOSO 4	Vorteilhaft für die rhizobiale N 2 -Fixierung .
Lithium	Nicht essentieller Mikronährstoff	Li +	0	Unbestimmt	Li 2 SO 4 , LiCl und LiOH	Li + kann den Chlorophyllgehalt einiger Pflanzen (zB Kartoffel- und Paprikapflanzen ) erhöhen .

Organische Hydrokulturlösungen

Organische Düngemittel können verwendet werden, um die anorganischen Verbindungen, die in herkömmlichen Hydrokulturlösungen verwendet werden, zu ergänzen oder vollständig zu ersetzen . Die Verwendung organischer Düngemittel bringt jedoch eine Reihe von Herausforderungen mit sich, die nicht leicht zu lösen sind. Beispiele beinhalten:

• organische Düngemittel sind in ihrer Nährstoffzusammensetzung in Bezug auf Mineralien und verschiedene chemische Spezies sehr unterschiedlich . Selbst ähnliche Materialien können sich aufgrund ihrer Herkunft erheblich unterscheiden (zB variiert die Qualität von Dung je nach Ernährung des Tieres).
• Organische Düngemittel werden oft aus tierischen Nebenprodukten gewonnen, was die Übertragung von Krankheiten zu einem ernsthaften Problem für Pflanzen macht, die für den menschlichen Verzehr oder als Viehfutter angebaut werden .
• organische Düngemittel sind oft partikelförmig und können Substrate oder andere Anbaugeräte verstopfen. Häufig ist ein Sieben oder Mahlen der organischen Materialien zu Feinstaub erforderlich.
• Einige organische Materialien (dh insbesondere Mist und Innereien ) können sich unter anaeroben Bedingungen weiter zersetzen und üble Gerüche abgeben .
• viele organische Moleküle (zB Zucker ) benötigen beim aeroben Abbau zusätzlichen Sauerstoff, der für die Zellatmung in den Pflanzenwurzeln unerlässlich ist .
• organische Verbindungen sind für die normale Pflanzenernährung nicht notwendig.

Dennoch können organische Düngemittel, wenn Vorkehrungen getroffen werden, erfolgreich in der Hydrokultur eingesetzt werden.

Makronährstoffe aus biologischem Anbau

Beispiele geeigneter Materialien, deren durchschnittliche Nährwerte in Form von Trockenmasse in Prozent angegeben sind, sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Organisches Material	n	P 2 O 5	K 2 O	CaO	MgO	SO 2	Kommentar
Blutmehl	13,0%	2,0%	1,0%	0,5%	–	–
Knochenasche	–	35,0%	–	46,0%	1,0%	0,5%
Knochenmehl	4,0 %	22,5%	–	33,0%	0,5%	0,5%
Hoof / Horn Mahlzeit	14,0%	1,0%	–	2,5%	–	2,0%
Fischmahlzeit	9,5%	7,0 %	–	0,5%	–	–
Wolle Abfall	3,5 %	0,5%	2,0%	0,5%	–	–
Holzasche	–	2,0%	5,0%	33,0%	3,5 %	1,0%
Baumwollsamen- Asche	–	5,5%	27,0%	9,5%	5,0%	2,5%
Baumwollsamenmehl	7,0 %	3,0%	2,0%	0,5%	0,5%	–
Getrocknete Heuschrecke oder Heuschrecke	10,0 %	1,5 %	0,5%	0,5%	–	–
Lederabfälle	5,5% bis 22%	–	–	–	–	–	Zu feinem Staub gemahlen .
Seetangmehl, flüssige Algen	1%	–	12%	–	–	–	Kommerzielle Produkte erhältlich.
Geflügelmist	2 % bis 5 %	2,5% bis 3%	1,3 % bis 3 %	4,0 %	1,0%	2,0%	Ein flüssiger Kompost, der zur Entfernung von Feststoffen gesiebt und auf Krankheitserreger untersucht wird .
Schafmist	2,0%	1,5 %	3,0%	4,0 %	2,0%	1,5 %	Genauso wie Geflügelmist.
Ziegenmist	1,5 %	1,5 %	3,0%	2,0%	–	–	Genauso wie Geflügelmist.
Pferdemist	3% bis 6%	1,5 %	2 % bis 5 %	1,5 %	1,0%	0,5%	Genauso wie Geflügelmist.
Kuh - Dung	2,0%	1,5 %	2,0%	4,0 %	1,1%	0,5%	Genauso wie Geflügelmist.
Fledermaus- Guano	8,0%	40%	29%	Verfolgen	Verfolgen	Verfolgen	Reich an Mikronährstoffen. Im Handel erhältlich.
Vogel-Guano	13%	8%	20%	Verfolgen	Verfolgen	Verfolgen	Reich an Mikronährstoffen. Im Handel erhältlich.

Mikronährstoffe aus biologischem Anbau

Mikronährstoffe können auch aus organischen Düngemitteln gewonnen werden. Zum Beispiel ist kompostierte Kiefernrinde reich an Mangan und wird manchmal verwendet, um diesen Mineralbedarf in hydroponischen Lösungen zu decken. Um die Anforderungen der National Organic Programs zu erfüllen , können auch pulverisierte, unraffinierte Mineralien (zB Gips , Calcit und Glaukonit ) hinzugefügt werden, um den Nährstoffbedarf einer Pflanze zu decken.

Additive

Zusätzlich zu den Chelatbildnern , Huminsäuren können hinzugefügt werden , die Nährstoffaufnahme zu erhöhen.

Werkzeuge

Gemeinsame Ausrüstung

Die Verwaltung von Nährstoffkonzentrationen, Sauerstoffsättigung und pH-Werten innerhalb akzeptabler Bereiche ist für einen erfolgreichen hydroponischen Gartenbau unerlässlich . Zu den gängigen Tools zur Verwaltung von Hydrokulturlösungen gehören:

• Elektrische Leitfähigkeitsmesser , ein Werkzeug, das Nährstoff-ppm schätzt, indem es misst, wie gut eine Lösung einen elektrischen Strom überträgt .
• pH-Meter , ein Werkzeug, das einen elektrischen Strom verwendet, um die Konzentration von Wasserstoffionen in Lösung zu bestimmen .
• Sauerstoffelektrode , ein elektrochemischer Sensor zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration in Lösung.
• Lackmuspapier , Einweg- pH-Indikatorstreifen zur Bestimmung der Wasserstoffionenkonzentration durch eine chemische Reaktion mit Farbwechsel .
• Messzylinder oder Messlöffel zum Abmessen von vorgemischten, handelsüblichen Hydrokulturlösungen.

Ausrüstung

Chemische Geräte können auch verwendet werden, um genaue chemische Analysen von Nährlösungen durchzuführen . Beispiele beinhalten:

• Waagen zum genauen Messen von Materialien.
• Laborglaswaren wie Büretten und Pipetten zur Durchführung von Titrationen .
• Kolorimeter für Lösungstests, die das Lambert-Beer-Gesetz anwenden .
• Spektralphotometer zur Messung der Konzentrationen des Bleiparameters Nitrat und anderer Nährstoffe wie Phosphat, Sulfat oder Eisen.

Die Verwendung chemischer Geräte für hydroponische Lösungen kann für Züchter jeden Hintergrunds von Vorteil sein, da Nährstofflösungen oft wiederverwendbar sind. Da Nährlösungen praktisch nie vollständig aufgebraucht sind und dies niemals auf den daraus resultierenden inakzeptabel niedrigen osmotischen Druck zurückzuführen sein sollte , kann die Wiederanreicherung alter Lösungen mit neuen Nährstoffen den Landwirten Geld sparen und die Verschmutzung durch Punktquellen , eine häufige Quelle für die Eutrophierung, kontrollieren von nahegelegenen Seen und Bächen.

Software

Obwohl vorgemischte konzentrierte Nährlösungen im Allgemeinen von kommerziellen Nährstoffherstellern von Hydroponik-Hobbyisten und kleinen kommerziellen Züchtern gekauft werden, gibt es mehrere Werkzeuge, die jedem helfen, seine eigenen Lösungen ohne umfassende Kenntnisse in Chemie herzustellen. Die kostenlosen Open-Source-Tools HydroBuddy und HydroCal wurden von professionellen Chemikern entwickelt, um jedem Hydrokultur-Züchter bei der Zubereitung seiner eigenen Nährlösungen zu helfen. Das erste Programm ist für Windows, Mac und Linux verfügbar, während das zweite über eine einfache JavaScript-Schnittstelle verwendet werden kann. Beide Programme ermöglichen die grundlegende Zubereitung von Nährlösungen, obwohl HydroBuddy zusätzliche Funktionen bietet, um benutzerdefinierte Substanzen zu verwenden und zu speichern, Formulierungen zu speichern und elektrische Leitfähigkeitswerte vorherzusagen.

Mischlösungen

Das Mischen von Hydrokulturlösungen mit einzelnen Salzen ist für Hobbyisten oder kleine kommerzielle Züchter oft unpraktisch, da kommerzielle Produkte zu vernünftigen Preisen erhältlich sind. Aber auch beim Kauf von Handelsprodukten sind Mehrkomponentendünger beliebt. Oft werden diese Produkte als dreiteilige Formeln gekauft, die bestimmte Ernährungsrollen betonen. Zum Beispiel sind Lösungen für vegetatives Wachstum (dh reich an Stickstoff), Blüte (dh reich an Kalium und Phosphor) und Mikronährstofflösungen (dh mit Spurenelementen) beliebt. Der Zeitpunkt und die Anwendung dieser mehrteiligen Düngemittel sollten mit dem Wachstumsstadium einer Pflanze übereinstimmen. Zum Beispiel am Ende einer einjährigen Pflanze ‚s Lebenszyklus sollte eine Pflanze aus hohen Stickstoffdünger eingeschränkt werden. Bei den meisten Pflanzen hemmt die Stickstoffbeschränkung das vegetative Wachstum und hilft, die Blüte zu induzieren .

Zusätzliche Verbesserungen

Zuchträume

Da die Schädlingsprobleme reduziert und die Wurzeln ständig mit Nährstoffen versorgt werden, ist die Produktivität in der Hydrokultur hoch; Züchter können jedoch den Ertrag weiter steigern, indem sie die Umgebung einer Pflanze manipulieren, indem sie ausgeklügelte Zuchträume bauen [ Zitat erforderlich ].

CO ₂ -Anreicherung

Um den Ertrag weiter zu steigern, injizieren einige versiegelte Gewächshäuser CO ₂ in ihre Umgebung, um das Wachstum und die Pflanzenfruchtbarkeit zu verbessern.

Siehe auch

Verweise