Nachdem Sie nun die beiden grundlegenden Gleichungen für die Herstellung von Nährstofflösungen kennengelernt haben, wollen wir sie verwenden, um die für ein Nährstofflösungsrezept benötigten Düngermengen zu berechnen.

Wenn Sie mit den beiden Gleichungen nicht vertraut sind, lesen Sie zuerst dies: Hydroponische Systeme: Berechnung der Konzentrationen von Nährstofflösungen mit Hilfe der beiden Gleichungen.

Hier ist unser Problem: Wir wollen eine modifizierte Sonneveld-Lösung (Mattson und Peters, Insidegrower) für Kräuter in einem NFT-System verwenden. Wir verwenden zwei 5-Gallonen-Behälter und Injektoren, die auf eine Konzentration von 100:1 eingestellt sind, und nennen sie Vorratstank A und Vorratstank B. Wie viel von jedem Dünger müssen wir in jeden Vorratstank geben ?

Sie werden nun vielleicht fragen: wozu zwei Vorratstanks? Dies ist dem Umstand geschuldet, das bestimmte Chemikalien unserer Düngerlösung miteinander reagieren sobald sie in Kontakt zueinander kommen. In allen Nährstofflösungen (Düngermischungen) haben Sie Kalzium, Phosphate und Sulfate -  da, unter anderem, auch diese drei Chemikalien für alle Pflanzen lebensnotwendig sind. Die beiden Letzten reagieren mit Kalzium und sind so nicht mehr in der Form vorhanden die wir in unserer Nährlösung benötigen. Sie verbinden sich mit einander und fallen als weiße Flocken (Ausfällungen) auf den Boden des Behälters. Darum muß man Phosphate und Sulfate von Kalzium getrennt aufbewahren und beim Einbringen in die Nährlösung des Systems (mittels Dosierpumpe oder Messbecher) vor einem direkten Vermischen bewahren.

Modifiziertes Sonneveld-Rezept für Kräuter

Dies sind die Düngemittel, die wir verwenden werden. Einige Dünger enthalten mehr als einen Nährstoff in der Rezeptur, während andere nur einen enthalten. Hier eine kleine Übersicht Handelsüblicher Dünger aus denen Sie ihr Rezept zusammenstellen können

Hier finden Sie eine Liste der Düngerzusammensetzungen einiger Hersteller, die Sie als Basis für Ihre Düngerrezepte verwenden können...

Als erstes fällt auf, dass wir drei Quellen für Stickstoff (Kalziumnitrat, Ammoniumnitrat und Kaliumnitrat), zwei Quellen für Kalium (Kaliumnitrat und Kaliumphosphat einbasig) und eine Quelle für Kalzium (Kalziumnitrat) und Phosphor (Kaliumphosphat einbasig) haben. Wir können mit der Berechnung des Kalziums oder Phosphors in der Rezeptur beginnen, da nur ein Dünger jeden Nährstoff liefert. Beginnen wir mit Kalzium.

Das Rezept sieht 90 ppm Kalzium vor. Wir berechnen, wie viel Kalziumnitrat wir verwenden müssen, um dies zu erreichen, indem wir die erste unserer beiden Gleichungen anwenden.

Wir müssen 895,3 g Calciumnitrat hinzufügen, um 90 ppm Calcium zu erhalten. Calciumnitrat enthält jedoch auch Stickstoff. Wir verwenden die zweite Gleichung, um zu bestimmen, wie viel Stickstoff in ppm zugeführt werden soll.

Wir fügen 73,4 mg N/l oder 73,4 ppm Stickstoff hinzu. Unser Rezept sieht 150 ppm Stickstoff vor. Wenn wir davon 73,4 ppm Stickstoff abziehen, müssen wir noch 76,6 ppm Stickstoff hinzufügen.

Berechnen wir nun, wie viel Kaliumphosphat einbasig wir verwenden müssen, um 31 ppm Phosphor zu liefern.

Wir müssen 262 g Kaliumphosphat einbasig hinzufügen, um 31 ppm Phosphor zu erhalten. Allerdings enthält Kaliumphosphat einbasig auch Kalium. Wir verwenden die zweite Gleichung, um zu bestimmen, wie viel Kalium in ppm zugeführt werden soll.

Wir fügen 39 mg K/l oder 39 ppm Kalium hinzu. Unser Rezept sieht 210 ppm Kalium vor. Wenn wir davon 39 ppm Kalium abziehen, sehen wir, dass wir noch 171 ppm Kalium hinzufügen müssen.

Wir haben nur eine weitere Quelle für Kalium, nämlich Kaliumnitrat. Berechnen wir, wie viel wir davon verwenden müssen.

Wir müssen 885 g Kaliumnitrat hinzufügen, um 171 ppm Kalium zu erhalten. Kaliumnitrat enthält jedoch auch Stickstoff. Wir verwenden die zweite Gleichung, um zu bestimmen, wie viel Stickstoff in ppm zugeführt werden soll.

Wir fügen 61 mg N/l oder 61 ppm Stickstoff hinzu. Unser Rezept sieht 150 ppm Stickstoff vor. Wir haben 73,4 ppm Stickstoff aus Kalziumnitrat zugeführt und mussten noch 76,6 ppm Stickstoff hinzufügen. Jetzt können wir 61 ppm Stickstoff subtrahieren. Wir müssen noch 15,6 ppm Stickstoff hinzufügen. Die einzige Stickstoffquelle, die uns bleibt, ist Ammoniumnitrat.

Berechnen wir nun, wie viel Ammoniumnitrat wir verwenden müssen, um 15,6 ppm Stickstoff zu liefern.

Wir müssen 86,7 g Ammoniumnitrat hinzufügen, um 15,6 ppm Stickstoff zu erhalten.

An dieser Stelle haben wir den Stickstoff-, Phosphor-, Kalium- und Kalziumteil des Rezepts abgeschlossen. Für die übrigen Nährstoffe brauchen wir nur die erste Gleichung zu verwenden, da die Düngemittel, die wir für ihre Versorgung verwenden, nur einen Nährstoff in der Rezeptur enthalten.

Wir müssen 498,5 Gramm Magnesiumsulfat hinzufügen, um 24 ppm Magnesium zu erhalten.

Wir müssen 18,9 Gramm Sequestren 330 hinzufügen, um 1 ppm Eisen zu erhalten.

Wir müssen 1,5 Gramm Mangansulfat hinzufügen, um 0,25 ppm Mangan zu erhalten.

Es ist einfacher, kleine Mengen von Düngemitteln in Milligramm zu wiegen. Daher wird die Umrechnung von Milligramm in Gramm wie folgt vorgenommen.

Wir müssen 692 Milligramm Zinksulfat hinzufügen, um 0,13 ppm Zink zu erhalten.

Wir müssen 0,17 Milligramm Kupfersulfat hinzufügen, um 0,023 ppm Kupfer zu erhalten.

Wir müssen 2,8 Milligramm Borax hinzufügen, um 0,16 ppm Bor zu erhalten.

Wir müssen 0,12 Milligramm Natriummolybdat hinzufügen, um 0,024 ppm Molybdän zu erhalten.

Zusammenfassung:

Nun sind alle Berechnungen abgeschlossen. Jetzt müssen wir entscheiden, in welchen Vorratstank, A oder B, wir die einzelnen Düngemittel geben. Im Allgemeinen sollte das Kalzium in einem anderen Tank aufbewahrt werden als die Sulfate und Phosphate, da sie Ausfällungen bilden können, die die Tropfkörper des Bewässerungssystems verstopfen können. Anhand dieser Richtlinie können wir das Kalziumnitrat in einen Tank geben und das einbasische Kaliumphosphat, Magnesiumsulfat, Mangansulfat, Zinksulfat und Kupfersulfat in den anderen Tank. Der Rest der Düngemittel kann in beide Tanks gegeben werden.

Sie sollten auch die Nährstoffmengen im Bewässerungswasser berücksichtigen. Wenn wir zum Beispiel ein Bewässerungswasser verwenden, das 10 ppm Magnesium enthält, müssen wir mit unserem Dünger nur 14 ppm mehr hinzufügen (24 ppm Mg, die in der Rezeptur gefordert werden, minus 10 ppm Mg im Wasser). Dies ist eine großartige Möglichkeit, Nährstoffe effizienter zu nutzen und Ihren Düngeplan fein abzustimmen.

Bei einigen Mikronährstoffen müssen Sie selbst entscheiden, was Sie hinzufügen möchten. Sie könnten ein kleines Experiment durchführen, um herauszufinden, ob Sie zum Beispiel 0,12 Milligramm Natriummolybdat zu Ihrer Stammlösung hinzufügen müssen oder ob Sie mit der Leistung Ihrer Pflanzen auch ohne diesen Zusatz zufrieden sind.

Ein letzter Punkt, den Sie beachten sollten. Manchmal funktionieren die Berechnungen nicht so gut wie hier bei Düngemitteln, die mehr als einen benötigten Nährstoff enthalten, und es kann sein, dass Sie mehr von einem Nährstoff hinzufügen müssen, als in der Rezeptur vorgesehen ist, um den anderen Nährstoff zu liefern.

Wenn Sie zum Beispiel Kalziumnitrat ausbringen, um den Kalziumbedarf zu decken, kann es sein, dass die Lösung nicht genug Stickstoff enthält. In solchen Fällen müssen Sie entscheiden, welchem Nährstoff Sie den Vorrang geben wollen. Sie könnten zum Beispiel Kalziumnitrat ausbringen, um den Stickstoffbedarf der Pflanzen zu decken, da die überschüssige Kalziummenge den Pflanzen nicht schadet. Oder Sie entscheiden sich dafür, es auf der Grundlage des Kalziumbedarfs der Pflanze auszubringen, weil die fehlende Stickstoffmenge nur ein paar ppm beträgt.

Hier finden Sie welche Probleme es mit Mangel und Überschuss an Dünger geben kann

An dieser Stelle können wir Ihnen mit moderner Analysetechnik Empfehlungen für Ihre Pflanzungen geben. Sprechen Sie uns an...

Kontext: 

ID: 155

Photometrie

Die Photometrie bezeichnet sämtliche lichtbasierten Messverfahren, die mit einem

Photometer (einer Lichtquelle mit klar definierten Werten) durchgeführt wird. 

 

Der Photometrie liegt das Prinzip zugrunde, dass jeder Farbstoff spezifisch bei einer bestimmten Wellenlänge abhängig von der Konzentration und der Schichtdicke absorbiert.

Dieser Zusammenhang wird im Lambert-Beer'schen Gesetz beschrieben.

 

 

Ein Photometer hat immer denselben Aufbau:

• Lichtquelle
• Monochromator
• Probe in Küvette
• Detektor

 

 

Die Probe

Das Licht geht nun mit einer gewissen Anfangsintensität I₀ durch unsere Probe hindurch. Diese befindet sich in einer Küvette. Eine Küvette ist ein Probenbehälter der transparent ist um die Messung zu ermöglichen. Stoffe erscheinen immer in der Komplementärfarbe zur absorbierten Farbe. Für die Probe gibt es folgende Anforderungen:

 

• Die Lösung mit der Probe muss homogen sein: sie muss klar und nicht milchig sein. 
• Die Probe sollte Licht bei der gemessenen Wellenlänge absorbieren.
• Die Konzentration sollte gering sein, da bei hohen Konzentrationen das Lambert-Beer'sche Gesetz nicht mehr gilt.
• Nun geht das Licht durch die Probe hindurch, verliert an Intensität und besitzt daher nur noch die Intensität I.

 

Extinktion als zentraler Wert

Was ist Extinktion ?

Die Extinktion ist der dekadische Logarithmus des Verhältnisses der Anfangsintensität und der Intensität nach Probendurchgang. Durch den Intensitätsverlust lässt sich die Konzentration bestimmen.

Die Extinktion darf nicht mit der Absorption verwechseln werden. Die Extinktion umfasst alle lichtschwächenden Ereignisse. Folgende lichtschwächenden Ereignisse können in unserer Probe auftreten:

• Die Absorption der Wellenlänge durch die Moleküle der Probe in der Lösung,
• die Brechung von Licht in einer inhomogenen, milchigen Lösung an den Partikeln der Probe,
• die Reflexion an der Flüssigkeitsoberfläche oder der Küvette.
  

 

 

Aufbereitung der Probe

Um die Absorption spezifisch messen zu können, müssen folgende Dinge beachtet werden:

• Die Probe muss gut gelöst sein: Es sollten keine Partikel mehr herumschwirren, die die Probe milchig oder inhomogen machen.
• Es muss eine Kalibriermessung mit der Küvette und dem Lösungsmittel durchgeführt werden. Das heißt, dass das Lösungsmittel (meistens Wasser) und die Küvette in das Photometer gestellt werden und kalibriert werden muss. (Den Knopf Kalibrieren drücken).

Das Photometer misst nun erneut die Extinktion. Da aber kein Farbstoff enthalten ist, wird nur die Reflexion an dem Wasser und an der Küvette gemessen, die in den nachfolgenden Messungen von der Extinktion abgezogen wird. Werden diese Schritte befolgt, misst man erfolgreich mit der Extinktion auch ausschließlich die Absorption.

 

Die Photometrie und das Lambert-Beer'sches Gesetz

Was sagt uns nun die Extinktion ? Hier gilt das Lambert-Beer'sche Gesetz. Dieses stellt die Extinktion in Verbindung zu unserem Stoff, dessen Konzentration und der Schichtdicke des optischen Mediums dar. Die Schichtdicke ist sozusagen die Breite der Küvette, die in der Regel auf 1 cm genormt ist. Bleibt nun also die Schichtdicke konstant, sowie der molare, dekadische Extinktionskoeffizient (Verschluckung der entsprechenden Wellenlänge), so gibt es hier eine lineare Funktion. Diese Gerade steigt mit steigender Konzentration der Probe in der Lösung.

Somit kann die Konzentration des gesuchten Stoffes ermittelt werden. Beachten Sie: Das Lambert-Beer'sche Gesetz gilt nur bei geringen Konzentrationen des "Farbstoffes". Somit gibt es eine natürliche Obergrenze für die Extinktion. Als Beispiel nehemn wir an unsere Lösung sei vollständig schwarz, es kommt dann kein Licht mehr durch. Gibt man mehr Farbstoff hinzu, steigt zwar die Konzentration, aber es kommt sowieso kein Licht zum Messen mehr durch die Lösung.

Es gibt in der Realität kein Material, das das Lambertsche Gesetz exakt erfüllt. Insbesondere hat die Strahldichte jeder Oberfläche eine Richtungsabhängigkeit und diese verändert sich, wenn sich die Richtung ändert, aus der die Oberfläche beleuchtet wird. Selbst Normale, die zur Kalibrierung von Messgeräten eingesetzt werden, lassen sich nur in bestimmten Reflexionsrichtungen und Wellenlängenbereichen gut durch das Lambertsche Gesetz beschreiben. Bei Wellenlängen außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs und bei Reflexions- bzw. Beleuchtungsrichtungen von mehr als einigen 10° zur Senkrechten können selbst bei Normalen Abweichungen von mehreren 100 % zum Lambertschen Gesetz auftreten. [1]

 

Erstellung eines Spektrums mit einem Photometer

In der Regel reicht es zur Konzentrationsbestimmung eines Analyten in der Probe die Extinktion oder die Absorption der Lösung zu messen. Möchte man aber seinen Analyten genauer charakterisieren, kann es sein, dass man ein Spektrum aufnehmen muss.

In der Regel wird hierfür bei jeder Wellenlänge einzeln die Extinktion bei festgelegter Konzentration und Schichtdicke gemessen. Da man aber nicht für jede Wellenlänge eine Kallibrierung vornehmen möchte, werden heute moderne Spektrometer verwendet, die diese Aufgabe selbständig übernehmen. Die Spektralanalyse ist ein wichtiges Verfahren zur Identifikation und/oder Konzentrationsbestimmung unbekannter Substanzen.

 

UV/VIS-Spektroskopie

Wenn wir von Spektren Reden, bewegen wir uns nicht mehr in der Photometrie, sondern in der Spektroskopie oder genauer gesagt, der UV/VIS-Spektroskopie. Der Name rührt daher, dass diese Spektren vom UV- (Ultra Violet) bis zum sichtbaren (Visible) Bereich des Lichtes aufgenommen werden.

UV/VIS-Spektroskopie beruht auf Messung der Extinktion von sichtbaren und ultravioletten Licht durch die Probe. Die spektrale, d. h. wellenlängenabhängige, Information kann entweder durch Selektion und Scannen der Wellenlänge des einfallenden Lichts vor der Probe (siehe Zweistrahl-Spektrometer) oder durch Trennen der Wellenlängen des transmittierten Lichts nach der Probe (Diodenarray-Spektrometer) gewonnen werden. Das Verhältnis der spektralen Intensität des transmittierten und des einfallenden Lichts liefert das Transmissionspektrum. Der logarithmische Kehrwert der Transmission ergibt das Extinktionsspektrum.

Grundsätzlich liefert die Extinktion Informationen über die Absorption, Streuung, Beugung und Reflexion an und in der Probe. Häufig werden in der UV/VIS-Spektroskopie Erscheinungen der Strahlungsabsorption ausgewertet, da die Photonenenergie des sichtbaren und ultravioletten Lichts der Übergangsenergie der Zustände von äußeren Elektronen vieler Atome und Moleküle entspricht. Durch Absorption von Photonen im sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich können Valenzelektronen (beispielsweise die der p- und d-Orbitale) angeregt werden, das heißt, in einen Zustand höherer Energie übergehen. Das Transmissions- oder Extinktionsspektrum erlaubt daher die Identifikation und quantitative Bestimmung von Analyten. 

Hier eine Übersicht von Spektralphotometern und HowTo's.

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[1]  Andreas Höpe, Kai-Olaf Hauer: Three-dimensional appearance characterization of diffuse standard reflection materials. In: Metrologia. Band 47, Nr. 3, April 2010, S. 295–304, doi:10.1088/0026-1394/47/3/021.

 

Kontext:  

ID: 151

 

 

 

 

Die Zusammensetzung von Hydrokulturdüngern ist völlig verschieden im Vergleich zu den Düngern für Erdkulturen. Pflanzen, die in Erdböden kultiviert werden, benötigen völlig andere Düngermischungen als Hydrokulturen. Als Orientierung: Organische Dünger benötigen oft (je nach Zusammensetzung) Mikroorganismen um die Nährstoffe für die Pflanzen aufzuschließen. Anorganische Dünger benötigen keine Mikroorganismen um der Pflanze alle Nährstoffe liefern zu können. Auch hier gilt natürlich: Die Ausnahme bestätigt die Regel.

Hydrokulturdünger müssen den besonderen Bedingungen einer Hydrokultur Rechenschaft tragen. Diese ergeben sich zum einen aus dem fehlen von Mikroorganismen, welche zur chemischen Aufspaltung der Düngerstoffe im Erdreich benötigt werden - und auch nur dort zu finden sind, zum anderen aus der fehlenden Pufferung des Hydrokultursystems sowie aus der Tatsache, dass es sich um ein geschlossenes System handelt.

Wichtige Randbedingungen sind unter anderem: Hydrokulturdünger sollten nicht zu viele Ballast-Salze enthalten (Natrium, Chlorid etc.). Der Ammonium und Stickstoff-Anteil sollte nicht mehr als etwa 50 % des gesamten Stickstoff- (N) Angebotes ausmachen, um eine Versauerung der Nährlösung zu vermeiden.

Das wiederum gilt aber nicht für sehr harte (Kalkreiche) Gießwässer. Auch der Phosphatgehalt sollte deutlich niedriger sein - im Vergleich zu Düngemitteln für Erdkultur.

Dünger mit Puffer-Effekt / Reservoire oder sogenannter Langzeit-Dünger

Für Hydrokulturen gibt es Ionenaustauscherdünger am Markt. Seit Jahrzehnte war der Ionenaustauscherdünger “Lewatit HD5” der einzige Ionenaustauscherdünger auf dem Markt. Er wurde in den 70er Jahren von der Firma Bayer AG entwickelt und unter verschiedenen Handelsnamen vermarktet. Später wurde von der gleichen Firma das “Lewatit HD5 plus” für salzarme Gießwässer (weiches Wasser) entwickelt.

Inzwischen wird nur noch das bekannte Lewatit HD50 hergestellt. Dieses soll optimiert sein für jeden Härtegrad des Wassers. Jedoch wird vom Hersteller immer noch empfohlen bei weichem Wasser Kalk zuzufügen um die Versorgung sicherzustellen. 

Welche Flüssigdünger kann man verwenden?

Das Angebot an Flüssigdüngern und Nährstofflösungen ist inzwischen unübersehbar geworden (1). Neben Flüssigdünger für den Profi in größeren Gebinden, werden für den Hobbybereich Produkte in kleineren Mengen angeboten. Meist handelt es sich um sogenannte Universaldünger. Allerdings bieten einige Hersteller auch spezielle Düngemittel für die Hydrokultur an.

Auffallend hierbei: fast alle Hersteller halten sich bei konkreten Angaben zu den Pflanzen für die der Dünger "optimal" sein soll zurück. Ebenso bei der Dosierung in Abhängigkeit der Wachstumsentwicklung. Selbst wenn bestimmte Pflanzen beim Namen genannt werden, wird hier scheinbar bewusst nicht ins Detail gegangen. Wenn Sie an Tomaten denken, werden Sie vermutlich nicht an alle 3.200 Sorten denken die momentan angebaut werden (Quelle). Nun zu glauben, das hier ein und derselbe Dünger durchweg gute Ergebnisse liefert erscheint wohl auch dem Laien als völlig unglaubwürdig.

1) Eine (stets) unvollständige Liste handelsüblicher Dünger können Sie hier finden. Wir führen diese Liste nur als Zutatenliste für selbstgemachte Nährstofflösungen. Wie man dies machen kann finden Sie hier ausführlich an einer Beispiel-Mischung beschrieben. Die Artikelserie beginnt hier: Hydroponikdünger selber mischen: Einleitung

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, in der Hydrokultur Pflanzen zu düngen:
 
• Mit flüssigem anorganischen Volldünger, dieser wird in Großanlagen aufgrund der Leitfähigkeitsmessung des Wassers automatisch zudosiert.

• Durch Düngesalzfreisetzung aus festem Ionenaustauscher-Granulat.

• Aufschlämmung von organischem Dünger oder Zusatz solcher Nährstofflösungen.

• Eine Humus- oder Kompostschicht, die bei Ebbe-Flut-Systemen auf die oberste Substratschicht aufgebracht wird und nur bei Düngerbedarf von oben gewässert wird.

Kontext:

Geschichtlich erste Nährlösung nach Sachs und Stöckhardt

Ein Liter fertige Lösung enthält:
1 g Kaliumnitrat
0,5 g Calciumsulfat
0,4 g Magnesiumsulfat
0,5 g Calciumhydrogenphosphat
und eine Spur Eisen-(III)-chlorid.

Nährlösung nach Wilhelm Knop

Ein Liter fertige Lösung enthält:
1,00 g Ca(NO₃)₂ Calciumnitrat
0,25 g MgSO₄ * 7 H₂O Magnesiumsulfat
0,25 g KH₂PO₄ Kaliumdihydrogenphosphat
0,25 g KNO₃ Kaliumnitrat
Spuren FeSO₄ * 7 H₂O Eisen(II)-sulfat.

Medium nach Pirson und Seidel

Ein Liter fertige Lösung enthält:
1,5 milliMol KH₂PO₄
2,0 mM KNO₃
1,0 mM CaCl₂
1,0 mM MgSO₄
18 μM Fe-Na-EDTA
8,1 μM H₃BO₃
1,5 μM MnCl₂.

Nährmedium nach Epstein

Ein Liter fertige Lösung enthält:
1 mM KNO₃
1 mM Ca(NO₃)₂
1 mM NH₄H₂PO₄
1 mM (NH₄)₂HPO₄
1 mM MgSO₄
0,02 mM Fe-EDTA
0,025 mM H₃BO₃
0,05 mM KCl
0,002 mM MnSO₄
Spurenelemente:
0,002 mM ZnSO₄
0,0005 mM CuSO₄
0,0005 mM MoO₃

Spurenelementzusatz nach D. R. Hoagland (1884–1949)

Ein Liter fertige Lösung enthält:
55 mg Al₂(SO₄)₂
28 mg KJ
28 mg KBr
55 mg TiO₂
28 mg SnCl₂ · 2 H₂O
28 mg LiCl
389 mg MnCl₂ · 4 H₂O
614 mg B(OH)₃
55 mg ZnSO₄
55 mg CuSO₄ · 5 H₂O
59 mg NiSO₄ · 7 H₂O
55 mg Co(NO₃)₂ · 6 H₂O

Quelle, unter anderem: https://de.wikipedia.org/wiki/Hydrokulturd%C3%BCnger

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