mini|Ein wasserkultivierter Krokus
Hydrokultur ( und ) ist eine Form der Pflanzenhaltung, bei der die Pflanzen nicht in Erdreich wurzeln, sondern in wassergefüllten Behältern (mit oder ohne inertem Stützsubstrat). Eine andere Art der Hydrokultur ist der Anbau von Pflanzen in Feuchtgebieten.
Hydroponik (altgr. ‚Arbeit‘), in der SchweizDuden online Hors-sol (eigentlich frz. hors; außerhalb und sol; Erde) genannt (siehe dazu auch den Abschnitt 6 Hors-sol-Produktion im Artikel Gewächshaus), ist der Oberbegriff für alle Methoden zur Pflanzenproduktion, die ohne Erde auskommen. Eingesetzt werden sie insbesondere zum Anbau von Nutz- und Zierpflanzen: zur Obst- und Gemüseproduktion zur Arzneipflanzenaufzucht zur Stecklingsbewurzelung zur Bereitstellung von Kraftfutter für Rinder (Weizengras) zur Aufzucht von Zierpflanzen: Heranziehen von Zimmerpflanzen in Gärtnereien; Bewurzeln von Stämmen aus Langtrieben zum Heranziehen von Hochstammsorten zur Aufzucht von SpeisepilzenHydroponic Mushrooms!
Dabei werden die Pflanzen in künstlichen Nährlösungen gehalten oder intensiv damit bewässert (Fertigation). Das Sickerwasser wird meist aufgefangen und wiederverwendet. In Sonderfällen wie der dosierten Tropfbewässerung versickern die Reste ins Grundwasser.William Texier: Hydroponik leicht gemacht – Alles über Pflanzenanbau im Haus. Verlag Mama Editions, Paris, 2013, 2014, 2015, ISBN 978-2-84594-087-1 (Übersetzt von Astrid Schünemann, Illustrationen von Loriel Verlomme).
Pflanzenwurzeln benötigen Sauerstoff, um Nährstoffe aufnehmen zu können.Kirsten Engelke: Die Wurzel – die Nährstoffaufnahme. In: Innovation. 1/2011, S. 17 ( PDF), abgerufen am 7. Juni 2019. Bei der Wurzelatmung wird im Wurzelbereich Sauerstoff verbraucht und Kohlenstoffdioxid (CO2) ausgeschieden.Hydroponik.Bundesministerium für Bildung und Forschung: Einsatz hydroponischer Systeme zur ressourceneffizienten landwirtschaftlichen Wasserwiederverwendung ( PDF, Dezember 2016), abgerufen am 7. Juni 2019. Hydroponische Systeme streben an, zugleich die Wasser-, Nährstoff- und Sauerstoff-Versorgung der Pflanzenwurzeln zu optimieren. Die Hydroponik ist heute im Erwerbsgemüsebau unter Glas oder in anderen künstlichen Umgebungen weit verbreitet.
Hydrokultur
Als Hydrokultur wird eine pflegeleichte Form der Haltung von Zimmerpflanzen zur Innenraumbegrünung bezeichnet. Als Substrat dienen meist inerte und sterile Materialien wie Blähtonkugeln oder Perlite. Im Pflanzenbehälter befindet sich eine bestimmte Menge Wasser, das sich durch die Kapillarität des Substrats im gesamten Wurzelraum verteilt. Die Behälter sind mit Füllstandsanzeigern ausgestattet, deren Schwimmkörper die aktuelle Wasserhöhe signalisiert. Der Wasserstand kann durch den Verbrauch der Pflanzen auf ein geringes Maß absinken, bevor wieder aufgefüllt werden muss. Je nach Pflanzenart kann sich sogar eine gewisse Trockenphase positiv auswirken. Die Hydrokultur eignet sich besonders für Pflanzen wie den zu den Epiphyten gehörenden Orchideen und Bromeliengewächse, deren Wurzeln frei in der Luft ausgebildet werden, da durch das locker geschichtete Material genügend Sauerstoff zur Wurzelatmung zur Verfügung steht. Dem Wasser sollten regelmäßig Nährstoffe, in Form von speziellem Dünger, zugesetzt werden. Die zeitlich langen Gießabstände und die Haltbarkeit des Blähtonsubstrats macht die Pflege weniger aufwändig als bei Pflanzen in Erdsubstrat.
mini|Hydroponisch kultivierte Zwiebeln mini|Geschlossener Container zur Weizengras-Anzucht (als Ergänzungsfutter für Rinder) direkt auf der Weide
Hydrokultur in der Landwirtschaft und Siedlungswasserwirtschaft
Pflanzenkultivierung aquatisch wachsender Pflanzen wie beispielsweise Wassernüsse, Wasserkastanien oder Lotosblumen. Siehe dazu auch Schwimmende Gärten (Inle-See). Pflanzenkultivierung in (temporär) überfluteten Feldern, beispielsweise der Nassanbau von Reis. Sonstige aquatische Bodenkörper, beispielsweise bei Pflanzenkläranlagen.
Geschichte
Die erste Publikation über Pflanzenanzucht ohne Erde war das 1627 (postum) erschienene Buch Sylva Sylvarum oder A Natural History von Francis Bacon. 1699 publizierte John Woodward Wasserkulturexperimente mit grüner Minze. Um 1842 war eine Liste von neun chemischen Elementen bekannt, die für das Pflanzenwachstum essentiell wären. Die Entdeckungen der deutschen Botaniker Julius von Sachs und Wilhelm Knop in den Jahren 1859–1875 resultierten in der Entwicklung erdloser Kultivierung von Pflanzen.James S. Douglas: Hydroponics. 5. Auflage. Oxford UP, Bombay 1975, S. 1–3. 1940 publizierte William Frederick Gericke von der Universität Kalifornien in Berkeley das Buch The Complete Guide to Soilless GardeningG. Thiyagarajan, R. Umadevi, K. Ramesh: (PDF) In: Science Tech Entrepreneur. (Januar 2007), Water Technology Centre, Tamil Nadu Agricultural University, Coimbatore, Tamil Nadu 641 003, Indien. und führte 1937 den Terminus Hydroponics ein, den der Phykologe W. A. Setchell vorgeschlagen hatte.
Ernährung von Hydrokulturpflanzen
Die Ernährung der Pflanzen erfolgt beim Anbau in Behältern über eine wässrige Lösung anorganischer Nährsalze. Da durch das Fehlen feiner organischer Erdbestandteile die chemischen Bodeneigenschaften stark vom natürlichen Zustand abweichen, ist normaler Pflanzendünger nur bedingt für die Hydrokultur geeignet.
Abhilfe schafft ein spezieller Hydrokulturdünger, der durch Additive den pH-Wert der Lösung in einem für viele Pflanzen geeigneten Bereich puffert. Dazu werden auch sogenannte Ionentauschgranulate genutzt, die durch Ionenaustausch die Pflanzen mit Nährstoffen versorgen und gleichzeitig im Wasser vorhandene, für die Pflanzen im Überschuss unverträgliche Mineralien wie Kalk binden.
Bei der mikrobiellen Umwandlung von Ammoniumionen in Nitrationen wird Sauerstoff verbraucht, der sich der Wurzelatmung entzieht. In Hydrokulturdüngern werden daher weniger Ammoniumsalze als Stickstoffdünger verwendet, sondern eher Nitrate.
In der Hydroponik wird meist die Elektrische Leitfähigkeit der Nährlösung laufend kontrolliert. Steigt nämlich die Konzentration der gelösten Stoffe (beispielsweise durch Exsudate oder Extraktion aus Boden), so sinkt die Löslichkeit für Sauerstoff in der Nährlösung. Bei zu konzentrierten Lösungen wird es für die Pflanzen schwieriger, Wasser aufzunehmen (siehe auch Osmose). Verschiedene Stadien der Pflanze benötigen zudem sortenabhängig unterschiedliche Leitfähigkeit der Nährlösung, Stecklinge etwa 0,2–0,4 mS/cm, was sich bis zur Fruchtbildung bis auf 2,4–2,6 mS/cm steigern kann. Die Morphologie des Pflanzenwuchses steht auch in Abhängigkeit von der Konzentration der Nährlösung, beispielsweise ob gedrungene Pflanzen heranwachsen oder gestreckte. Ist die Nährlösung zu konzentriert, kann diese mit entionisiertem Wasser oder Regenwasser verdünnt werden.
Gewährleistung und Steigerung der Wurzelatmung
Bei hydroponischen Verfahren wird auf optimale Versorgung der Wurzeln mit Sauerstoff großen Wert gelegt. Pflanzen benötigen die Wurzelatmung (englisch „root respiration“) zur Aufnahme und zum Transport von Ionen, für das Wurzelwachstum und die Aufrechterhaltung des Wachstums.B.W. Veen: Relation between root respiration and root activity, Structure and Function of Plant Roots, Developments in Plant and Soil Sciences
Umweltparameter, die Einfluss auf Wurzelatmung haben, sind: Temperatur,Luo Yiqi: Soil Respiration and the Environment. Elsevier, 2010, ISBN 978-0-08-046397-1, S. 45 (). emerse Überflutung,LAMBERS et al. 1998, zitiert bei: Luo Yiqi: Soil Respiration and the Environment. Elsevier, 2010, ISBN 978-0-08-046397-1, S. 45 (). Salinität, Wasserstress und Bodentrockenheit,Bryla et al. 1997, zitiert bei: Luo Yiqi: Soil Respiration and the Environment. Elsevier, 2010, ISBN 978-0-08-046397-1, S. 45 (). Nährstoffversorgung, Bestrahlungsstärke, pH-Wert und der Partialdruck von CO2.
Umstellung von Pflanzen
Pflanzen in Hydrokultur entwickeln dieselbe Art Wurzeln wie Pflanzen in Erdkultur, eigene „Wasserwurzeln“ existieren nicht.Umstellen / Umpolen [von Erdpflanzen auf Hydrokultur]. Siehe auch Wurzel (Pflanze)#Metamorphosen der Wurzeln
Die Umstellung von Boden- auf Hydrokultur gelingt in der Regel nur bei Jungpflanzen problemlos. Beim Abschwemmen von Bodenbestandteilen gehen bei älteren Pflanzen meist die feinen Wurzelhaare verloren, wodurch sich ein Ungleichgewicht der vorhandenen Blattmasse zu den verbliebenen Feinwurzeln ergibt und dann Blätter eindorren, da die Pflanze trotz Überangebot nicht genügend Wasser aufnehmen kann.
Bei der Umstellung von in Hydrokultur gehaltenen Pflanzen und Stecklingen auf Erdkultur führt die schlechtere Versorgung mit Sauerstoff mitunter zum Faulen der Wurzeln.
Hydrokultur bei Zimmerpflanzen
Die gärtnerische Hydrokultur für Zimmerpflanzen mit Anstau-Bewässerung (siehe unten) wurde ausgehend von der Hydroponik vom Deutschen Paul Rößler adaptiert und von Heide Lau 1951 im Rahmen der Saarländischen Internationalen Gartenbauausstellung publiziert.Hydrokulturanlage „System Rößler“. Deutsche Gesellschaft für Hydrokultur e. V. Der Gärtnermeister Günter Gregg versuchte anfangs Zimmerpflanzen in Nährlösung ohne Substrat aufzuziehen, experimentierte dann mit allerlei Substraten und entwickelte schließlich die bekannten Behälter mit separater Wassereinfüllöffnung und Blähtonkügelchen,Ein Leben für die Pflanzen. Deutsche Gesellschaft für Hydrokultur e. V. wobei Gerhard Baumann als Erfinder des Luwasa-Tonsubstrats gilt.Nachruf Gerhard Baumann, Deutsche Gesellschaft für Hydrokultur
Prinzipiell können fast alle Pflanzen auch in Hydrokultur kultiviert werden. Dabei kommt es allerdings auf die Art an, ob im Vergleich mit herkömmlicher Bodenkultur ein besseres oder schlechteres Ergebnis erreicht werden kann. Beispielsweise sind manche Arten empfindlich gegenüber Staunässe und eher an trockene Böden angepasst.
Für einen seriösen Vergleich ist immer auch der korrekte Umgang mit Wasserversorgung und den Konzentrationen der Nährstoffe in der Nährlösung notwendig, was anfangs nicht immer problemlos gelingt.
Durch den Flüssigkeitsvorrat am Boden des Gefäßes muss seltener gegossen werden. Da die Pflanze weniger Wurzelvolumen ausbildet, braucht auch weniger häufig umgetopft zu werden. Zur Belüftung der Wurzeln lässt man den Wasserstand in den Gefäßen, der durch einen Schwimmkörper angezeigt wird, auf ein Minimum sinken und gießt erst dann wieder auf.
Als anorganisches Substrat wird für Zimmerpflanzen üblicherweise körniger, granulierter Blähton verwendet. Es sind aber, je nach Anforderung, auch andere Substrate wie Kies, Basalt oder Perlit gebräuchlich. Bei den Substraten muss darauf geachtet werden, dass das Material frei von Kalk und die Aufschwemmung in Wasser ph-neutral ist, damit der pH-Wert der Nährlösung nicht durch das Substrat übermäßig angehoben wird.
Üblicherweise unterscheidet sich Blähton für Hydrokulturen (als Perlen oder Granulat) von (billigerem) Blähton zur Wärmedämmung in der pH-Wert-Stabilität, in der Porigkeit und im Schwimmverhalten. Blähton für Hydrokulturen ist pH-Wert-neutral und an der Oberfläche offenporig. Blähton zur Wärmedämmung wird dagegen meist in Gasbrennern versintert,Hans G. Hirschberg: Handbuch Verfahrenstechnik und Anlagenbau. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-58357-5, S. 622 (). wodurch sich die Oberfläche schließt, so dass nur bei gebrochenen Kugeln Poren freiliegen. Geschlossenporige Blähtone schwimmen in Wasser auf, offenporige können sich mit Wasser vollsaugen und sinken. (Beim Eintauchen der Blähtonkügelchen in heißes Wasser wird die Luft noch schneller aus den Poren verdrängt.)
Im Allgemeinen treten in Hydrokultur weniger Bodenschädlinge auf, da diese sich in Abwesenheit natürlicher Erde schlecht etablieren können. Gegenüber einer Bodenkultur ist die Kultivierung in Hydrokultur in Anschaffung und Unterhalt teurer: Es werden besondere Pflanzgefäße sowie spezieller Hydrokulturdünger benötigt.