Bevor wir mit der Erörterung der Grundsätze der Pflanzennährstoffsysteme in hydroponischen Systemen beginnen, müssen wir definieren, was wir unter "hydroponisch" verstehen.

Unter Hydrokultur versteht man den Anbau von Pflanzen in nährstoffhaltigem Wasser. Beispiele für diese Art von Hydrokultursystemen sind NFT-Systeme (Nutrient Film Technique) und Tiefwasser-Schwimmsysteme, bei denen die Pflanzenwurzeln in Nährstofflösungen gesetzt werden. Eine andere Definition von Hydrokultur ist der Anbau von Pflanzen ohne Erde. Nach dieser Definition wird der Anbau von Pflanzen in erdelosen Medien (Blumenerde) oder anderen Arten von Aggregatmedien wie Sand, Kies und Kokosnussschalen als hydroponische Systeme betrachtet. Hier verwenden wir den Begriff Hydroponik für den Anbau von Pflanzen ohne Erde.

 

Wesentliche Nährstoffe

Pflanzen können ohne diese 17 essenziellen Nährstoffe nicht richtig funktionieren. Diese Nährstoffe werden benötigt, damit die für das Wachstum und die Entwicklung der Pflanzen wichtigen Prozesse ablaufen können. Magnesium ist zum Beispiel ein wichtiger Bestandteil des Chlorophylls. Chlorophyll (siehe Bild) ist ein Pigment, das dazu dient, Lichtenergie einzufangen, die für die Photosynthese benötigt wird. Es reflektiert auch grüne Wellenlängen und ist der Grund dafür, dass die meisten Pflanzen grün sind. Magnesium ist das Zentrum des Chlorophyllmoleküls. In der Tabelle unten sind die Funktionen der unabdingbaren Nährstoffe für Pflanzen aufgeführt.

Grundstruktur für die Chlorophylle a, b und d (Die Bezeichnung der Ringe ist angegeben.)

Essenzielle Nährstoffe können grob in Makronährstoffe und Mikronährstoffe unterteilt werden. Die Einteilung Makro (groß) und Micro (winzig) beziehen sich auf die Mengen. Sowohl Makronährstoffe als auch Mikronährstoffe sind für das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen unerlässlich. Zu den Makronährstoffen gehören Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Phosphor, Kalium, Schwefel, Kalzium und Magnesium. Zu den Mikronährstoffen gehören 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 erhalten die Pflanzen aus Luft und Wasser. Die übrigen Nährstoffe stammen aus dem Boden oder im Falle der Hydrokultur aus Nährlösungen oder Aggregatmedien. Die Quellen der für die Pflanzen verfügbaren Nährstoffe sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Essenzielle Bestandteile von Nährlösungen

Nährstoff (Symbol) Ungefährer Gehalt der Pflanze (% Trockengewicht)

Rolle in der Pflanze

Quelle des für die Pflanze verfügbaren Nährstoffs
Carbon (C), hydrogen (H), oxygen (O) 90+ % Bestandteile von organischen Verbindungen Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O)
Nitrogen (N) 2–4% Bestandteil von Aminosäuren, Proteinen, Coenzymen, Nukleinsäuren Nitrate (NO3-) und Ammoniak (NH4+)
Schwefel (S) 0.50% Bestandteil von schwefelhaltigen Aminosäuren, Proteinen, Coenzym A Sulfate (SO4-)
Phosphor (P) 0.40% ATP, NADPZwischenprodukte des Stoffwechsels, Membranphospholipide, Nukleinsäuren Dihydrogenphosphat (H2PO4-), Hydrogenphosphat (HPO42-)
Kalium (K) 2.00% Enzymaktivierung, Turgor, osmotische Regulierung Kalium (K+)
Kalcium (Ca) 1.50% Enzymaktivierung, Signaltransduktion, Zellstruktur Calcium (Ca2+)
Magnesium (Mg) 0.40% Enzymaktivierung, Bestandteil des Chlorophylls Magnesium (Mg2+)
Manganese (Mn) 0.02% Enzymaktivierung, wichtig für die Wasserspaltung Mangan (Mn2+)
Iron (Fe) 0.02% Redoxveränderungen, Photosynthese, Atmung Eisen (Fe2+)
Molybdenum (Mo) 0.00% Redox-Veränderungen, Nitratreduktion Molybdat (MoO42-)
Kupfer (Cu) 0.00% Redoxveränderungen, Photosynthese, Atmung Kupfer (Cu2+)
Zink (Zn) 0.00%
Kofaktor-Aktivator für Enzyme
Alkohol-Dehydrogenase, Carboanhydrase
Zink (Zn2+)
Bor (Bo) 0.01% Membranaktivität, Zellteilung Borat (BO3-)
Chlor (Cl) 0.1–2.0% Ladungsausgleich, Wasserspaltung Chlor (Cl-)
Nickel (Ni) 0.000005–0.0005% Bestandteil einiger Enzyme, biologische Stickstoff-Fixierung, Stickstoff-Stoffwechsel Nickel (Ni2+)

 
Um einen Eindruck der benötigten Mengen zu bekommen, hier eine Düngemengeempfehlung der BISZ für Zuckerrüben im Ackerbau. An der Menge sehen Sie, daß z.B. 90 Gramm Kupfer auf 1 ha (10.000 m2) nur eine winzige Menge pro Quadratmeter und noch einmal ein Bruchteil dessen pro Pflanze benötigt wird. In diesem Beispiel: 0,009 Gramm pro Quadratmeter. Aber wenn dieses Element ganz fehlt, kann die Pflanze gar nicht nicht wachsen, denn es ist unverzichtbar für die Photosynthese (siehe Tabelle oben). Im Trockenzustand findet es (Kupfer) sich auf Grund chmischer Prozesse bei der Trocknung gar nicht mehr.
 
Nährstoffbedarf kg/ha
Stickstoff 250
Phosphor 100
Kalium 400
Magnesium 80
Schwefel 20 – 30
Calcium 60 – 80
Nährstoffbedarf g/ha
Bor 450 – 550
Mangan 600 – 700
Eisen 500 – 1.500
Kupfer 80 – 90
Zink 250 – 350

 


pH-Wert

Es ist unmöglich, über Pflanzenernährung zu sprechen, ohne den pH-Wert zu berücksichtigen. In der Hydrokultur geht es in erster Linie um den pH-Wert des Wassers, das zur Herstellung von Nährlösungen und zur Bewässerung der Pflanzen verwendet wird. Der pH-Wert ist ein Maß für den relativen Säuregrad oder die Wasserstoffionenkonzentration und spielt eine wichtige Rolle für die Verfügbarkeit von Pflanzennährstoffen. Er wird anhand einer Skala von 0 bis 14 Punkten gemessen, wobei 0 der sauerste, 7 der neutralste und 14 der alkalischste Wert ist. Die Skala ist logarithmisch, und jede Einheit entspricht einer 10-fachen Änderung. Das bedeutet, dass kleine Änderungen der Werte große Änderungen des pH-Werts bedeuten. Ein Wert von 7 ist zum Beispiel 10-mal höher als 6 und 100-mal höher als 5. Im Allgemeinen liegt der optimale pH-Bereich für den Anbau von Gemüse in Hydrokultur bei 5,0 bis 7,0.

Dieses Diagramm zeigt die Beziehung zwischen der Verfügbarkeit von Nährstoffen und dem pH-Wert:

naehrstoffverfuegbarkeit ph wert hydroponik

Graphik: Pensylvenia State University

Am unteren Rand des Diagramms sind verschiedene pH-Werte zwischen 4,0 und 10,0 angegeben. Am oberen Rand des Diagramms wird der relative Säuregrad oder die Alkalinität angegeben. Innerhalb des Diagramms wird die relative Nährstoffverfügbarkeit durch einen Balken dargestellt. Je breiter der Balken ist, desto besser ist der Nährstoff relativ verfügbar. Zum Beispiel ist der Stickstoffbalken bei einem pH-Wert von 6,0 bis 7,5 am breitesten. Dies ist der pH-Wert, bei dem er für die Pflanzen am besten verfügbar ist. Zwischen 4,0 und 4,5 ist er sehr schmal und nicht so leicht pflanzenverfügbar.

Es ist auch wichtig, die Alkalinität des Wassers zu berücksichtigen. Die Alkalinität ist ein Maß für die Kapazität. Sie misst die Fähigkeit des Wassers, die Säure zu neutralisieren. Dies ist in erster Linie auf die kombinierte Menge von Karbonat (CO3) und Bikarbonat (HCO3) zurückzuführen, aber auch Hydroxid, Ammonium, Borat, Silikat und Phosphat können dazu beitragen.

Wenn die Gesamtalkalität niedrig ist, hat das Wasser eine geringe Pufferkapazität. Infolgedessen ändert sich der pH-Wert leicht, je nachdem, was dem Wasser zugesetzt wird. Ist die Gesamtalkalität hoch, ist der pH-Wert des Wassers hoch. Um einen hohen pH-Wert des Wassers zu senken, kann dem Bewässerungswasser Säure zugesetzt werden. Die benötigte Menge an Säure hängt von der Alkalinität des Wassers ab.

Nährstoffantagonismus und Wechselwirkungen

Ein Beispiel: In einem Rezept für eine hydroponische Tomatennährlösung werden 190 ppm Stickstoff und 205 ppm Kalium angegeben. Aufgrund eines Fehlers bei der Berechnung der zu verwendenden Düngermenge werden 2.050 ppm Kalium hinzugefügt. Ein Überschuss an Kalium in der Lösung kann zu einem Antagonismus mit Stickstoff (und anderen Nährstoffen) führen und einen Stickstoffmangel zur Folge haben, selbst wenn 190 ppm Stickstoff hinzugefügt wurden. In der nachstehenden Tabelle sind häufige Antagonismen aufgeführt.

NährstoffAntagonist von
Stickstoff Kalium
Phosphor Zink
Kalium Stickstoff, Kalzium, Magnesium
Natrium Kalium, Kalzium, Magnesium
Kalzium Magnesium, Bor
Magnesium Kalzium
Eisen Mangan
Zink Ionenkonkurrenz: hohe Konzentrationen an Schwermetallen, Kupfer und Phosphat vermindern die Aufnahmerate von Zink: Ursache für Zinkmangel in der Pflanze muss kein zinkarmer Boden sein

Siehe auch: Wechselwirkungen

Probleme mit den Nährstoffen

Hydroponische Systeme verzeihen weniger als erdgebundene Systeme, und Nährstoffprobleme können schnell zu Pflanzenproblemen führen. Aus diesem Grund sind die Zusammensetzung der Nährstofflösung und die regelmäßige Überwachung der Nährstofflösung und des Nährstoffstatus der Pflanzen von entscheidender Bedeutung.

 

Das Minimumgesetz

Das Minimumgesetz von Carl Sprengel besagt, dass das Wachstum von Pflanzen durch die im Verhältnis knappste Ressource (Nährstoffe, Wasser, Licht etc.) eingeschränkt wird. So kommt es, dass etwa fehlender Stickstoff auch dazu führen kann, das die Pflanze andere Nährstoffe nicht verarbeiten kann. Zu viel von einer Komponente kann andererseits unerwünschte Folgen haben: So hemmt z.B. zu viel Kalk die Nährstoffaufnahme.

 

 

Achten Sie außerdem auf die Symptome der Pflanzen,
die häufig auf Probleme hinweisen:

Hier eine kurze Übersicht, die je nach Pflanzengattung variieren kann. 

Symptome N P K Ca S Mg Fe Mn B Mo Zn Cu  Überdünngung 
Obere Blätter gelb         X   X            
Mittlere Blätter gelb                   X      
Untere Blätter gelb X X X     X              
Rote Stängel                          
Nekrose     X     X   X X     X  
Punkte               X          
Triebe sterben                 X        
Weisse Blattspitzen           X         X    
Verkrüppeltes Wachsum X X X                    
Eingerollte gelbe Blattspitzen                         X
Verdrehtes Wachstum                 X        

 

 

 

Schäden durch lösliche Salze

 

Ursache: Schäden durch lösliche Salze können durch Überdüngung, schlechte Wasserqualität, Anhäufung von Salzen in Aggregatmedien im Laufe der Zeit und/oder unzureichende Auswaschung verursacht werden. Düngemittel sind Salze, und in Hydrokultursystemen werden sie am häufigsten gedüngt. Wenn das Wasser verdunstet, können sich lösliche Salze in den Aggregatmedien ansammeln, wenn sie nicht ausreichend ausgewaschen werden. Auch das Bewässerungswasser kann einen hohen Gehalt an löslichen Salzen aufweisen, was zu dem Problem beiträgt.

Die Symptome: Chemisch induzierte Trockenheit kann auftreten, wenn der Gehalt an löslichen Salzen in den Pflanzsubstraten zu hoch ist. Die Folge ist, dass die Pflanzen trotz ausreichender Bewässerung welken. Weitere Symptome sind dunkelgrünes Laub, abgestorbene und verbrannte Blattränder und Wurzelsterben.


Erkennung: Der Gehalt an löslichen Salzen kann überwacht/gemessen werden, indem man die elektrische Leitfähigkeit (EC) von Bewässerungswasser, Nährlösungen und Sickerwasser (eine Nährlösung, die aus dem Pflanzgefäß abgelassen wurde) verfolgt.

Korrektur: Lösliche Salze können mit klarem Wasser ausgelaugt werden. Ermitteln Sie zunächst die Ursache für den hohen Gehalt an löslichen Salzen und beheben Sie ihn.

 

  

Stickstoffmangel
N

Die Ursache: Stickstoffmangel kann durch Unterdüngung, Nährstoffungleichgewicht oder übermäßige Auswaschung verursacht werden.
Die Symptome: Typische erste Symptome von Stickstoffmangel sind hellgrünes Laub und eine allgemeine Verkümmerung der Pflanzen. Man kann auch Welkeerscheinungen und abgestorbene und/oder gelbe Blattränder beobachten.
Erkennung: Die Messung/Überwachung der elektrischen Leitfähigkeit (EC) von Nährlösungen kann helfen, Stickstoffmangel zu verhindern. Passen Sie den EC-Wert an, wenn er zu niedrig oder zu hoch ist.

Korrektur: Ermitteln Sie die Ursache und beheben Sie sie. Dies kann bedeuten, dass den Nährlösungen mehr Stickstoff zugesetzt wird. Es kann auch bedeuten, dass ein antagonistischer Nährstoff in der Nährlösung zu viel ist.
 
 
Kalziummangel
Ca

Die Ursache: Kalziummangel kann durch Unterdüngung, ein Nährstoffungleichgewicht oder einen niedrigen pH-Wert verursacht werden. Er hängt auch mit dem Feuchtigkeitsmanagement, hohen Temperaturen und geringer Luftzirkulation zusammen. Kalzium ist ein mobiler Nährstoff und wird in den wasserführenden Geweben durch die Pflanze transportiert. Früchte und Blätter konkurrieren um Wasser. Eine niedrige relative Luftfeuchtigkeit und hohe Temperaturen können zu einer erhöhten Transpirationsrate und einem verstärkten Transport zu den Blättern führen. In diesem Fall kann sich in den Früchten ein Kalziummangel entwickeln.
 
Die Symptome: Kalziummangelsymptome zeigen sich in der Regel zunächst als braune Blattränder an neuen Pflanzen 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, können Sie braune, tote Flecken auf den Blättern sehen. Ein Mangel an ausreichend Kalzium kann zu Fäulnis führen.
 
Erkennung: Überwachen Sie die Medien und führen Sie eine Pflanzenanalyse durch.

Korrektur: Korrigieren Sie den pH-Wert der Nährlösungen auf 5,0 bis 7,0. Bei Bedarf Düngemittel verabreichen. In Gewächshäusern kann der Luftstrom gering sein, und die Einführung eines horizontalen Luftstroms mit einer Geschwindigkeit von 0,3 bis 1 m/s auf Pflanzenhöhe kann die Grenzschicht der Pflanze durchbrechen und die Transpirationsrate erhöhen, um einen Kalziummangel zu vermeiden.
 
 

 

Phosphormangel
P
 
Die Ursache: Eventuell pH-Wert nicht im optimale Korridor von 5,5 bis 6,5. Ebenso kann auch ein Ungleichgewicht der Nährstoffe vorliegen. Antagonist Zink Dosierung prüfen. In kalten Perioden kann eine Zuckeransammlung in den Blättern die gleichen Symptome wie ein Phosphormangel zeigen.
 
Die Symptome: Verkümmertes und spindelförmiges Wachstum, verringerte Blattgröße und  verringerten Blattzahl. Stumpfe graugrüne Blätter mit roten Pigmenten in den Blättern.
 
Erkennung: pH-Wert Kontrolle und Dosierung überwachen. Nährstoffanalyse.
 
Korrektur: Korrigieren Sie den pH-Wert der Nährstofflösung. Eventuell Zinkanteil in der Nährstofflösung reduzieren.
 
Hinweis: Ein Überschuss an Phosphor kann sich im Mangel an Spurenelementen wie Zn, Fe oder Co äußern.
 
 

 

Eisenmangel
Fe
 
Die Ursache: Die häufigste Ursache für Eisenmangel ist ein hoher pH-Wert in den Medien und/oder im Bewässerungswasser. Er kann auch durch ein Ungleichgewicht der Nährstoffe verursacht werden.
 
Die Symptome: Eisenmangel zeigt sich bei Pflanzen als Vergilbung zwischen den Blattadern. Achten Sie darauf, dass dieses Symptom zuerst am neuen Wachstum auftritt.
 
Erkennung: Überwachen Sie die Medien und führen Sie eine Pflanzenanalyse durch.
 
Korrektur: Korrigieren Sie den pH-Wert der Nährstofflösung. Gegebenenfalls Eisendünger verabreichen.
 

 

 

Magnesiummangel
Mg
 
Ursache: Magnesium kann durch einen hohen pH-Wert des Mediums und/oder ein Nährstoffungleichgewicht verursacht werden zwischen Kalium, Kalzium und Stickstoff.
 
Die Symptome: Achten Sie auf eine Vergilbung zwischen den Blattadern als Symptom für Magnesiummangel: Chlorose oder Gelbfärbung. Magnesiummangel zeigt sich in der Regel zuerst auf den unteren bis mittleren Blättern, was die Unterscheidung von Eisenmangel erleichtert. 
 
Erkennung: Nährstoffanalyse und führen Sie eine Pflanzenanalyse durch.
 
Korrektur: Korrigieren Sie den pH-Wert der Nährstofflösung. Bei Bedarf Magnesiumdünger  verabreichen. Konkurierende Kationenlieferanten (K, Ca und N) auf Dosierung prüfen.
 
 

 

Zinkmangel
Zn
 
Die Ursache: Eventuell zu hoher Phosphorgehalt in der Nährlösung oder zu wenig Zink in der Nährlösung.
 
Die Symptome: Es können folgenden Erscheinungen auftreten: Chlorose: Gelbfärbung der Blätter. Je nach Art können junge Blätter am stärksten betroffen sein, bei anderen sind sowohl alte als auch neue Blätter chlorotisch (Bleichsucht). Nekrotische Flecken: also teilweises oder ganzes Absterben von Blattgewebe in Chlorosegebieten. Blattbronze: Chlorotische Bereiche können bronzefarben werden. Verzögertes Pflanzenwachstum: dies kann als Folge einer Abnahme der Wachstumsrate oder einer Abnahme des Internodiums (Sprossachse zwischen zwei Knoten), auftreten. Zwergblätter: kleine Blätter, die oft Chlorose, nekrotische Flecken oder Bronzieren zeigen. Missgebildete Blätter: Blätter sind oft schmaler oder mit gewelltem Rand.
 
Erkennung: Überwachen Sie die Medien und / oder führen Sie eine Pflanzenanalyse durch.
 
Korrektur: Korrigieren Sie den pH-Wert und / oder die Phosphormenge wenn Sie wissen das genug Zink in der Nährlösung vorhanden ist. Sonst Zink in kleinen Dosen zugeben. Bedenken Sie: Kupfer und Phosphat vermindern die Aufnahme von Zink !
 
 

 

Kaliummangel
K
 
Die Ursache: Falsch dosierte Nährstofflösung. Verbrauch der Pflanzen höher als berechnet.
 
Die Symptome: Welken der Pflanzen auch bei gemäßigten Temperaturen. Bräunung und Einrollen der unteren Blattspitzen sowie eine Gelbfärbung (Chlorose) zwischen den Blattadern. Auf der Blattunterseite können violette Flecken auftreten.

Erkennung: Nährstoffanalyse und / oder führen Sie eine Pflanzenanalyse durch.
 
Korrektur: Nachdosieren. Antagonist auf Konzentration kontrollieren: Stickstoff, Kalzium, Magnesium
 
Hinweis: Zu viel Kalium kann zu schwerer Wachstumsverzögerung, Rötung und schlechter Keimung führen. Übermäßige Kaliummengen können auch um die Aufnahme anderer Ionen wie Kalzium erschweren. 
 

 

 

Bortoxizität
Bo
 
Die Ursache: Die Bortoxizität wird durch eine zu hohe Borausbringung an Pflanzen verursacht. Von den üblicherweise als Düngemittel ausgebrachten Nährstoffen weist Bor die geringste Spanne zwischen Mangel und Toxizität auf. Es ist leicht, zu viel Bor auszubringen. Überprüfen Sie die Berechnungen der Düngemittel, bevor Sie sie ausbringen, und überprüfen Sie sie noch einmal. Es kann auch im Bewässerungswasser enthalten sein. Es ist wichtig, den Bor-Gehalt in einer Wasserquelle vor der Verwendung zu prüfen und bei der Zugabe von Bordünger das Bor im Wasser zu berücksichtigen.
 
Die Symptome: Symptome einer Bortoxizität sind gelbe und tote Flecken an den Blatträndern. Auch ein vermindertes Wurzelwachstum kann auftreten.
 
Erkennung: Überwachen Sie die Medien und führen Sie eine Pflanzenanalyse durch.
 
Korrektur: Bestimmen Sie die Quelle des Borüberschusses und beheben Sie sie.