Grundlagen

In der Hydroponik und der damit verbundenen Aquaponik gibt es unterschiedliche Methoden um die Pflanzen mit Nährstoffen zu versorgen. Diese kann man in aktive und passive Systeme unterteilen. Passive Systeme haben den Vorteil unabhängig von Stromversorgung zu sein. Ihre Effizienz ist dabei geringer als die der aktiven Ansätze.

Passive und Aktive Hydroponik-Systeme

Passive Hydroponik-Systeme sind Systeme, die ohne Stromversorgung funktionieren. Bei der aktiven Hydroponik werden Pumpen, Belüfter, Luftbefeuchter oder Sprüh-Vernebler eingesetzt. Diese benötigen Strom. Aktive Hydroponik Systeme sind zwar komplexer im Aufbau, aber durch den Sauerstoffeintrag um ein vielfaches effektiver, was das Pflanzenwachstum betrifft.

Übersicht

 Eine kurze Übersicht der gebräuchlichsten Systeme in Aqua- und Hydroponik 

Passive Hydroponik: Docht-Bewässerung

Das Dochtsystem (Wick Watering) benötigt keinerlei beweglichen Teile und auch keinen Strom. Die Pflanzen werden in einem Substrat kultiviert, das durch die Kapillarwirkung des "Dochtes" mit der Nährstofflösung versorgt wird. Die Versorgung der Pflanzen über dieses System ist nicht sehr effektiv. Zusätzlich kann der Docht durch Mineralienablagerungen seine Eigenschaften des Nährstofftransportes weitgehend verlieren. Ebenfalls nachteilig ist, dass den Wurzeln kein extra Sauerstoff zugeführt wird. Das System ist technisch einfach aber das Pflanzenwachstum ist langsamer als bei anderen, aktiven, hydroponischen Systemen.

Pro:

• günstige Anschaffung
• ohne Strom
• ohne Technik
• geringer Nährstoffverbrauch
• geringer Kontrollaufwand

Kontra:

• sehr geringer Ertrag
• langsames Wachstum

Aktive Hydroponik: Ebbe - Flut Systeme

Ebbe-Flut Systeme (Ebb and Flood oder Flood and Drain) verwenden Pumpen (4), die die Pflanzen zeit-gesteuert mit der Nährstofflösung flutet (2). Die Pflanzen sind in einem Netz-Topf eingebettet. Nach Abstellen der Pumpe wird die überschüssige Nährstofflösung über einen Überlauf (3) in den Vorratsbehälter (1) zurückgeführt. Oft bleibt eine Restmenge stehen, um das System weniger anfällig zu machen, falls die Pumpen einmal ausfallen sollten bleibt genug Wasser im Pflanzbecken, da der Überlauf ein Minimum an Wasserversorgung sicherstellt.

Über das Heben und Senken des Flüssigkeitsspiegels (2) wird im Wurzelbereich Sauerstoff eingebracht, was zu intensiverem  Pflanzenwachstum führt. Eine Steuerungselektronik muss den Ebbe-Flut Rhythmus den Anforderungen der Pflanzen anpassen.

Pro:

• geringer Nährstoffverbrauch
• geringer Wasserverbrauch
• hoher Ertrag
• bei Strom- oder Pumpenausfall: kein Ernte-Verlust

Kontra:

• hohe Anschaffungskosten
• Stromversorgung nötig
• Kontrollaufwand

Aktive Hydroponik: NFT - Nährstoff-Film-Technik

NFT bzw. Nährstoff-Film-Technik Systeme (Nutrient Film Technic) liefern einen permanenten Nährstofffluss, der in einem dünnen „Film“ die Wurzeln umfließt. Eine Pumpe fördert die Nährstofflösung auf eine schiefe Ebene, auf der die Pflanzenwurzeln liegen und dadurch kontinuierlich versorgt. Die ständige Strömung verhindert eine Nährstoff-Ansammlungen.

Durch den Aufbau von NFT-Systemen wird der Nährstofflösung auch Sauerstoff zugeführt, etwa durch Fallrohre oder Verwirbellungssysteme. Auf das Pflanzsubstrat wird meist verzichtet, so dass die Wurzeln direkten Zugang zu Nährstoffen und Sauerstoff haben und somit schnell wachsen können.

Ein Nachteil ist der Verlust aller Pflanzen bei defekten Pumpen oder Stromausfall.

Pro:

• geringer Nährstoffverbrauch
• geringer Wasserverbrauch
• sehr hoher Ertrag

Kontra:

• hohe Anschaffungskosten
• Stromversorgung nötig
• Kontrollaufwand
• bei Strom- oder Pumpenausfall: Ernte-Verlust

Aktive Hydroponik: DWC - Tiefwasser-Kultur (Deep Water Culture)

Bei Tiefwasser-Kultur-Systemen, auch bekannt als DWC-System, werden bereits bewurzelte Pflanzen in einem Netztopf auf einer schwimmenden Platte in das Flüssigkeitsreservoirs eingelegt, wie ein Floß. Zur Stabilisierung der Pflanze kann der Netztopf mit Substrat, etwa Tonkugeln, gefüllt werden. Die Wurzeln hängen direkt in der Nährstofflösung, die mit Sauerstoff angereichert wird. Dies geschieht mittels einer Luftpumpe und Belüftungssteinen, die sehr feine Luftblasen ins Wasser eintragen.

Da die Wurzeln ständig mit sauerstoffreicher Nährlösung versorgt werden wachsen die Pflanzen sehr schnell und kräftig. Das System ist einfach und sicher, auch bei einem Stromausfall passiert den Pflanzen noch nichts. Durch das große Wasserreservoir kann man das System auch einige Tage alleine lassen, ohne sich darum kümmern zu müssen.

Beim DWV-System können die Pflanzen auch auf einer Art Floss sitzen und auf der Nährstofflösung schwimmen.

Pro:

• geringer Nährstoffverbrauch
• geringer Wasserverbrauch
• sehr hoher Ertrag
• schnelles Wachstum (Sauerstoff)
• bei Strom- oder Pumpenausfall: kein Ernte-Verlust

Kontra:

• hohe Anschaffungskosten
• Stromversorgung nötig
• Kontrollaufwand

Aktive Hydroponik: DFT - Tiefwasser Nährstoff Film Technik (Deep Flow Technique)

Aktive Hydroponik: DFT - Tiefwasser Nährstoff Film Technik (Deep Flow Technique)
Die Tieffluss-Technik, besser bekannt als DFT, ist eine Variante der NFT Technik, die auch als Nutrient Film bzw. Nährstoff-Film-Technik bezeichnet wird. Statt des dünnen Nährstofffilms werden die Pflanzen von einer ca. 2-4 cm hohen Nährstofflösung umströmt. Das prinzipielle Verfahren ist gleich und arbeitet rezirkulierend.

Die Tieffluss-Technik DWT macht dieses Anbausystem sicherer, da bei einem Pumpenausfall die Wurzeln weiterhin versorgt sind. Das Verfahren hat sich aber in der Industrie kaum durchgesetzt, da besonders bei längeren / größeren Systemen, die Versorgung der Pflanzen mit Sauerstoff unterschiedlich ist und die Pflanzen dadurch ungleichmäßig wachsen. Es zählt zu den aktiven Hydroponics Systemen.

Pro:

• geringer Nährstoffverbrauch
• geringer Wasserverbrauch
• sehr hoher Ertrag

Kontra:

• hohe Anschaffungskosten
• Stromversorgung nötig
• Kontrollaufwand
• bei Strom- oder Pumpenausfall: Ernte-Verlust

Aktive Hydroponik: Tröpfchenbewässerung

Bei der Tröpfchenbewässerung (Drip System) wird über eine Tropfleitung die Nährstofflösung auf das Substrat um die Pflanzen getropft. Die Nährstofflösung fließt an den Wurzeln vorbei und versorgt diese direkt. Die überschüssige Flüssigkeit fließt ab und liefert dabei Sauerstoff in den Wurzelbereich.

Nicht rezirkulierendes System:
Im industriellen Anbau gibt es non-recovery Systeme um ohne Messtechnik einen hohen Ertrag zu erzielen. Die Pflanzen werden hierbei immer mit frischer und gleich eingestellter Nährstofflösung versorgt. Der Nährstoff wird nicht in den Kreislauf zurückgeführt um die Verbreitung von Krankheitserregern zu vermeiden. Dieses Verfahren verbraucht mehr Wasser und unbenutzte Nährstoffe gehen dabei verloren. Dieses System benötigt keine Kontrolle der Nährstoffe ist aber auf die Erfahrung mit Nährstoffverbrauch angewiesen. Man kann die Anlage "blind" fahren.

Pro:

• sehr hoher Ertrag
• schnelles Wachstum
• bei Strom- oder Pumpenausfall: keine Ernte-Verlust
• geringer Kontrollaufwand

Kontra:

• hohe Anschaffungskosten
• Stromversorgung nötig
• hoher Nährstoffverbrauch
• hoher Wasserverbrauch

Rezirkulierendes System:
Die Nährstofflösung wird dem System wieder zugeführt, wodurch nur die Nährstoffe verbraucht werden die die Pflanze tatsächlich benötigt. Die Durchflussmenge wird an den Bedarf der Pflanzen angepasst. Durch das geschlossene System ist aber eine Kontrolle der Nährstoffe nötig um diese dem wachstumsphasenabhängigen Verbrauch an zu passen. Dieses System benötigt eine regelmäßige Kontrolle der Nährstoffkonzentration.

Pro:

• sehr hoher Ertrag
• schnelles Wachstum
• bei Strom- oder Pumpenausfall: keine Ernte-Verlust

Kontra:

• hohe Anschaffungskosten
• Stromversorgung nötig
• Kontrollaufwand

Ohne Kreislauf

Mit geschlossenem Kreislauf

Aktive Hydroponik: Aeroponik - Nebel aus Nährstofflösung

In einem aeroponischen Anbausystem (Aeroponic System) hängen die Wurzeln von Stecklingen oder Pflanzen nicht in einer Flüssigkeit, sondern in einem Nebel aus Nährstofflösung. Die Pflanzen werden mit Netztöpfen in eine Kammer eingehängt, wo die Wurzeln durch Wasserdüsen / Nebeldüsen mit Nährstofflösung besprüht beziehungsweise eingenebelt werden.

Aeroponische Systeme bieten die optimale Versorgung der Wurzeln mit allem, was sie zum Wachsen benötigen, sie arbeiten sehr effektiv und liefern maximales Pflanzenwachstum und zählen deshalb zu den aktiven Hydroponik Systemen. Der technische Aufwand ist wegen des hohen Wasserdrucks für die Düsen oder die eingesetzten Vernebler jedoch hoch. Außerdem muss durch technische Maßnahmen ein Verstopfen der Düsen vermieden werden. Nachteilig ist, dass ein Ausfall der Vernebler nicht lange Zeit von den frei hängenden Wurzeln verkraftet wird.

Pro:

• sehr hoher Ertrag
• schnelles Wachstum

Kontra:

• hohe Anschaffungskosten
• Stromversorgung nötig
• hoher Nährstoffverbrauch
• hoher Wasserverbrauch
• Kontrollaufwand

Aktive Hydroponik: Aquaponik - Pflanzenanbau und Fischzucht

Aquaponik (Aquaponic) setzt sich zusammen aus Aquakultur (Fischzucht) und Hydroponik (Pflanzenzucht), es werden also zwei Anbausysteme kombiniert. Die Ausscheidungen der Fische werden verwendet, um die Pflanzen mit Nährstoffen zu versorgen, sie werden recycelt und dienen als Dünger.

Die Umwandlung der Ausscheidungen in von Pflanzen verwertbare Nährstoffe erfolgt mithilfe von Mikroorganismen. Dabei erfolgt auch gleichzeitig eine Reinigung des Wassers, so dass es in das Fischbecken zurückgeführt werden kann und die Fische gute Lebensbedingungen haben. So entsteht ein Kreislauf mit Win-Win Situation. Neben dem Anbau von Salat und Gemüse werden Fische als Nahrungsmittel gezüchtet oder Teiche mit Zierfischen sauber gehalten.

Die Fischzucht kann mit allen Anlagen kombiniert werden, die durch einen Kreislauf eine Trennung und Kontrolle der Nährstoffe erlauben.

Aktive Hydroponik: Aquaponik - Sumpfbehältnis (CHOP: Constant high, one pump)

Der entscheidende Vorteil der Einführung eines Sumpfbehältnisses besteht darin, dass die Höhe des Wasserspiegels – insbesondere im Fischbecken – stets konstant bleibt. Nur dann, wenn Wasser von oben durch die Pumpe ins Fischbecken gelangt, fließt Wasser durch den Überlauf wieder zurück. Dies bedeutet einerseits weniger Stress für die Fische und andererseits ist das Becken selbst bei Versagen des Systems (bspw. durch Rohrbruch) mit Wasser gefüllt, da der Wasserstand niemals unterhalb des Überlaufs sinken kann.