Likpètè, D.D., Adjogboto, A., Akponikpe, P.B.I., Djenontin, A.J., Baco, M.N., Sossa-Vihotogbe, C.N.A. and Agbossou, E.K. (2019). Water use efficiency of local amaranth as affected by timing and application methods of fertilizer micro-dosing. Acta Hortic. 1238, 45-54, DOI: 10.17660/ActaHortic.2019.1238.6: https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2019.1238.6

Kontext: 

ID: 282

Die Wahl der Aquaponik oder Hydroponikanlage

Die Wahl der Bewässerungsart richtet sich nach verschiedensten Faktoren wie Kosten für den Aufbau der Anlage, Betriebskosten, Platzbedarf, Wasserverbrauch, gewünschter Produktivität (Ertrag) und vielen weiteren Aspekten. Um Ihnen eine Entscheidung zu erleichtern haben wir hier ein Beispiel für Sie erstellt, das Ihnen einen ersten Eindruck über die zu erwartenden Kompromisse geben kann.

Das in diesem Beispiel verwendete System nennt sich DAR (Decision Analysis and Resolution) und stammt aus der Industrie, genauer gesagt stammt dieser Ansatz aus CMMI. Sie ist ein Hilfsmittel um verschiedene Varianten und Alternativen bei der Realisierung eines komplexen Projektes präzise und exakt zu formulieren, die einzelnen Aspekte zu gewichten und daraus eine Entscheidung für oder gegen eine bestimmte Variante eines Projektes zu fällen. Darüber hinaus erleichtert sie auch subjektive Argumente in entscheidungserleichternde Zahlen und Werte zu fassen. Im Nachhinein kann damit auch der Entscheidungsprozess leicht nachvollzogen werden. Hier ein kurzer Artikel in Englisch dazu.

Hier nur eine einfache Übersicht einzelner Faktoren. Bitte wenden Sie sich an uns für eine ausführliche Beratung die genau auf Sie zugeschnitten ist. Unter anderem:

• Anlagentyp
• Platzbedarf
• Energiebedarf
• Ausfallsicherheit
• Produktivität
• Erstellungskosten
• Betriebskosten
• Break Even Point
• etc.

Unter dem Stichwort Business finden Sie weitere Informationen dazu.

Eine erste Entscheidungshilfe

Dies ist nur ein kleiner Ausschnitt der Aspekte die bei einer Planung solcher Anlagen bestimmend sind auf dem Weg bis zu einer Realisierung. Ein solches Projekt besteht aus vielen kleinen Entscheidungen für oder gegen eine bestimmte Vorgehensweise oder Investition. Neben den Kosten und der Nutzungsanalyse fallen viele schwer zu quantifizierende Aufwendungen sowohl zeitlicher als auch monetärer Art an. Von der Grundstückssuche, der Erstellung der Anlage bis hin zu Schulungen für Mitarbeiter und dem anfallenden Arbeitsaufwand reicht die Bandbreite.

Hier einige Stichworte zu diesem Thema: 

• • • • • • • • Energiekosten
              • Wäremedämmung Übersicht
              • Anlagentypen
              • Entkoppelte Aquaponik
              • Betriebsarten
              • Biofilter

Wir stehen Ihnen für das gesamte Projekt mit unserer Erfahrung zu Verfügung und freuen uns auf Ihre Fragen.

Sie finden in den folgenden Dateiformaten ein Beispiel wie ein solch komplexer Entscheidungsprozess gestaltet werden kann und auch subjektive Aspekte quantifiziert und in Gruppen leichter entschieden werden kann. Auch wenn dies nur ein Ansatz von vielen ist bekommen Sie doch einen ersten Eindruck welchen Umfang die Gestaltung und Planung einer Aquaponik- oder einer reinen Hydroponikanlage annehmen kann.

  DAR (Decision Analysis and Resolution) im Format Excel 97–2003 (.xls)

  DAR (Decision Analysis and Resolution) im Format Open Document (.ods)

Hier ein Screenshot der Berechnungs-Matrix (Tabellenkalkulation). Diese können Sie sich herunterladen und für Ihre Belange anpassen oder erweitern.

Bei Fragen wenden Sie sich einfach an uns.

Weiterführender Artikel: Unsere Leistung

 ID: 20

 Kontext: 

Aquakultur ist nicht Aquaponik

Wir konsumieren heute mehr Fisch als in den Meeren und Seen vorhanden ist oder sich fangen lässt.

Aquakulturen in den Meeren und Seen sind die Basis für den hohen Fischkonsum. Aquakulturen erscheinen heute als die Lösung überhaupt, um die hohe Nachfrage nach Fisch abzudecken, dennoch ergeben sich auch negative Folgen für Mensch und Umwelt, besonders für die im Wasser lebenden Organismen. Klar ist, dass schon mehr als die Hälfte aller Fischprodukte, die weltweit verzehrt werden, aus Aquakulturen stammen.

Doch was ist eigentlich Aquakultur? Aquakultur oder auch Aquafarming ist die systematische Zucht und der Fang von Fischen, Meeresfrüchten, etc. in Süß- oder Meerwasser. Gleichwohl ist der Unterschied, verglichen mit dem herkömmlichen Fischfang sehr groß. Beim klassischen Fischfang werden Fische aus öffentlichen Gewässern entnommen, wobei sich bei Aquafarming die einzelnen Fischarten in separaten Netzgehegen befinden und dort gezüchtet, gefüttert und anschließend gefangen werden.

Dies geschieht im Meer, in Buchten oder in Wassertanks. Die Fische sind somit Eigentum des Halters und können sich nur in ihrem Netzgehege aufhalten, anders als bei Fischen, die auf herkömmliche Weise gefischt werden. In der Freilandzüchtung gibt es viele zusätzliche Probleme: das nicht verbrauchte Futter fällt im Meer einfach zu Boden und ab einer bestimmten Menge führt dies zu unerwünschten Reaktionen der Umwelt.

Der Unterschiede der Systeme
Schon jetzt ist deutlich, dass bei der Aquakultur und der Hydroponik Umweltaspekte und eine höhere Produktionsmenge eine entscheidende Rolle spielen. Die Systeme belasten Meere und Ackerland weniger mit Nebenprodukten und können zudem örtlich ungebunden betrieben werden. Der Unterschied ist der: Hydroponik ist für den Anbau von Pflanzen, die Aquakultur für die Zucht von Tieren gedacht.

In der Aquaponik werden die beiden Systeme kombiniert, um die jeweiligen Nachteile zum Vorteil des anderen Systems zu gestalten. Es geht kaum Wasser verloren da die Kreisläufe nahezu geschlossen sind - mit der Ausnahme des entnommenen Materials (Obs, Gemüse, Fisch, etc.) geht extrem wenig Wasser aus dem System heraus. Das bedeutet das auch nur entsprechend wenig Wasser wirklich verbraucht wird. Dazu muss nicht regelmäßig Dünger bzw. Nährlösung in das System gegeben werden. Daher kann die Aquaponik auch als Weiterentwicklung von Aquakultur und Hydroponik bezeichnet werden.

Aquaponik – Kombinierte Systeme
Sich ein Aquakultur- oder auch ein Hydroponik-System zuzulegen ist wenig Aufwand.Es bieten sich zwei Ansätze an: beides einzeln errichten oder in einem kombinierten System zu bauen. In Aquaponik-Systemen werden die Vorteile der beiden beschriebenen Systeme einnfach kombiniert. Pflanzen werden nur in einem Substrat angebaut, die Fische werden in einem großen Becken gehalten.

Ein Erdersatz ist Blähton, auch wenn dieser nicht günstig ist. Kies, Steinwolle, Kokosfaser oder andere Stoffe sind auch möglich, bedürfen aber eines gewissen austestens, da nicht alle Pflanzen alle Varianten gleichermaßen vertragen.

Ein wesentlicher Teil des Kreislaufes ist der Sammelbehälter für das Hydroponik-Wasser in dem letztlich die Fische gehalten werden. Diese werden durch die Pflanzen mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt. Durch die Ausscheidungen der Fische erhalten die Pflanzen fast alles Notwendige. Das Ergebnis ist, dass außer etwas Wasser keine Zusätze verwendet werden müssen. Das geschlossene System funktioniert, bis auf eine kleine Wasserpumpe autonom.

Soviel zur Theorie, hier eine interessante Studie der Fachhochschule Südwestfalen die die gesamte Problematik einer solchen Anlage im richtigen Leben zeigt.

Bild: Principles of aquaponics - by Dr. James Rakocy

Kontext: 

ID: 105

Aquaponik ist ein Verfahren, das die Aufzucht von Fischen in einer Aquakultur mit dem Anbau von Pflanzen in Hydrokultur kombiniert. Es gibt verschiedene Ansätze um die Nährstoffe, die die Fische produzieren, zu den Pflanzen zu bringen.

Hier finden Sie einen Überblick über die verschiedenen Arten der Bepflanzung.

Eine Übersicht der Aquaponik-Anlagentypen sind hier zu sehen.

Aquaponik- wie auch Hydroponiksysteme sind immer Teil eines geschlossenen Kreislaufes. Aquaponik, für die Fischproduktion, enthält immer ein hydroponisches System für den Pflanzenanbau. Das System funktioniert, indem die Ausscheidungen aus der Fischzucht als Nährstoffe für die Pflanzen verwendet werden. Dies geschieht in unseren Anlagen automatisch über Dosiersysteme. Durch eine entsprechende Steuerung der Nährstoffzufuhr - die auf die jeweils ausgewählte Pflanzenart und die Entwicklungsphase optimiert ist. Der geschlossene Kreislauf führt dazu, dass weit über 90% der notwendigen Nährstoffe, d.h. der Investitionen, tatsächlich in den beiden Endprodukten (Gemüse & Fisch) enthalten sind.

Im Gegensatz zur bodengebundenen Anpflanzung ergeben sich folgende Vorteile

- Hoher Ertrag: 500m² bringen bis zu 8 Tonnen Fisch und 16 Tonnen Tomaten pro Jahr.

- Minimaler Platzbedarf: Rentabilität ab 500 m²

- Wetterunabhängigkeit: Ganzjähriger Betrieb und Ertrag

- Unabhängigkeit von Niederschlägen: geschlossener Kreislauf

- Sehr geringer Wasserverbrauch

- Kein Einsatz von Pestiziden

- Kein Einsatz von Herbiziden

- Kein Einsatz von Medikamenten

- Keine Schädigung des Grundwassers: geschlossener Kreislauf

Wir bieten Ihnen Steueranlagen zur automatischen Bewirtschaftung Ihrer Aquaponik- und Hydroponikanlage an. Unser Angebot reicht von Anlagen die nur der Dokumentation dienen, bis hin zur voll-autonomen Anlagensteuerung.

Fortführender Artikel: Was ist Aquaponik?

Aquaponik und Hydroponik: Situation, Marktbedarf und Entwicklung

Die Nahrungsmittelproduktion ist abhängig von der Verfügbarkeit der Ressourcen wie Land, Süßwasser, fossiler Energie und Nährstoffen (Conijn et al. 2018), und der derzeitige Verbrauch oder Abbau dieser Ressourcen übersteigt ihre globale Regenerationsrate (Van Vuuren et al. 2010). Das Konzept der planetarischen Grenzen zielt darauf ab, die ökologischen Grenzen zu definieren, innerhalb derer die Menschheit in Bezug auf die endlichen und teils knappen Ressourcen arbeiten kann (Rockström et al. 2009).

Biochemische Flussgrenzen, die die Nahrungsmittelversorgung begrenzen, sind strenger als der Klimawandel (Steffen et al. 2015, siehe Abbildung unten). Neben dem Nährstoffrecycling sind Ernährungsumstellungen und Abfallvermeidung unabdingbar, um die derzeitige Produktion zu verändern (Conijn et al. 2018; Kahiluoto et al. 2014). Daher besteht eine große Herausforderung darin, das wachstumsorientierte Wirtschaftsmodell auf ein ausgewogenes ökologisches Wirtschaftsparadigma umzustellen - das unendliches Wachstum durch nachhaltige Entwicklung ersetzt (Manelli 2016).

Um eine ausgewogene, praktikablere und nachhaltigere Situation zu erhalten, sind innovative und ökologische Anbausysteme erforderlich, so dass Kompromisse zwischen den unmittelbaren menschlichen Bedürfnissen ausgeglichen werden können und gleichzeitig die Fähigkeit der Biosphäre die erforderlichen Güter und Dienstleistungen bereitzustellen gegeben ist (Ehrlich und Harte 2015).

In diesem Zusammenhang wurde die Aquaponik (Aquakultur + Hydroponik) als ein landwirtschaftlicher Ansatz identifiziert, der durch Nährstoff- und Abfallrecycling dazu beitragen kann, sowohl die planetarischen Grenzen (siehe Abbildung unten) als auch die Ziele einer nachhaltigen Entwicklung zu erreichen, insbesondere in trockenen Regionen oder Gebieten mit nicht landwirtschaftlich nutzbaren Böden (Goddek und Körner 2019; Appelbaum und Kotzen 2016; Kotzen und Appelbaum 2010).

Aquaponik wird auch als eine Lösung für die Nutzung von Grenzertragsflächen in städtischen Gebieten für eine marktnahe Lebensmittelproduktion angesehen. Zu einer Zeit der „Technologie für Hinterhöfe“ (Bernstein 2011), entwickelt sich die Aquaponik jetzt schnell in die industrielle Produktion, da durch technische Verbesserungen in Design und Praxis die Produktionskapazitäten und die Produktionseffizienz erheblich gesteigert werden konnten. Ein solcher Bereich der Entwicklung ist die gekoppelte und die entkoppelte Aquaponik.

Traditionelle Entwürfe für Aquaponiksysteme mit einem Kreislauf umfassen sowohl Aquakultur- als auch Hydroponikeinheiten, zwischen denen das Wasser zirkuliert. In solchen traditionellen Systemen ist es ist es notwendig, Kompromisse bei den Bedingungen der beiden Teilsysteme in Bezug auf pH-Wert, Temperatur und Nährstoff-Konzentration einzugehen (Goddek et al. 2015; Kloas et al. 2015, Kapitel 7).

Ein entkoppeltes Aquaponiksystem kann die Notwendigkeit von Kompromissen verringern, indem es die Komponenten trennt und so die Bedingungen in jedem Teil-System optimiert werden können.

Gerade die Problematik des aufwendigen Transportes

(Aus der Region für die Region) wird zunehmend zum Umwelt- und Kostenproblem in Städten.

Erste Versuche wie etwa der Kräuteranbau in Hydroponik-anlagen die in den ersten Super- bzw. Detailmärkten zu sehen sind, veranschaulicht das Potential mit dem Effekt der Kostenreduktion, durch Einsparung von Transport und Lagerung sowie gleichzeitig dem Gewinn von Kundenakzeptanz und deren Interesse an der Problematik der zukünftigen Versorgung, da die Kräuter in diesen Anlagen vor Ort vom Kunden selbst gepflückt werden können.

Das Bild zeigt ein Anlage in einem Supermarkt der Edeka-Kette der Firma Infarm / Berlin.

Laut dem World Wild Fund for Nature (WWF) entfallen etwa 70 Prozent des globalen Süßwasserverbrauchs auf die Landwirtschaft und der Weiterverarbeitung. Dem gegenüber ermöglicht Aquaponik eine Lebensmittelproduktion mit einem um 50 bis 90 Prozent verringerten Wasserverbrauch: 50 Prozent beträgt die Ersparnis bei den alten Einkreislaufsystemen – schlicht aufgrund der Doppelnutzung des Wassers.

Ein Zweikreislauf-System mit Wasserrückgewinnung kommt sogar auf eine Ersparnis von etwa 90 Prozent. Frischwasser muss bei diesem Produktionssystem nur die Verluste durch Verdunstung und die Entnahme von Biomasse aus dem System ausgleichen.

Verfügbare Ressourcen für Ernährung

Aufgrund der Ressourcensituation ist ein Umdenken in der Nahrungsmittelversorgung unausweichlich. Der aktueller Stand der Kontrollvariablen für sieben der planetarischen Grenzen wie beschrieben von Steffen et al.(2015) ist in der Graphik oben zu sehen.

Die grüne Zone ist der sichere Betriebsbereich, die gelbe Zone stellt die Zone der Ungewissheit dar (zunehmendes Risiko), die rote Zone ist eine Zone mit hohem Risiko, und die grauen Zonengrenzen sind diejenigen die noch nicht quantifiziert wurden. Die blau umrandeten Variablen (d. h. Landsystemveränderung, Süßwassernutzung und biochemische Flüsse) zeigen die planetarischen Grenzen auf, auf die die Aquaponik einen positiven Einfluss haben kann.

Diese Graphik zeigt anschaulich das die „Grenzen des Wachstums“ (Club of Rome, 1972) bereits erreicht sind. Für die traditionelle Landwirtschaft ist nicht zuletzt durch die Auslaugung der Böden durch verschiedenste Chemikalien (etwa Glyphosat, siehe Studie des BUND, 2013) bereits eine beträchtliche Ertragseinbusse zu beobachten – zumindest dort wo der Einsatz dieser Chemikalie noch erlaubt ist.

Weitere Informationen und Zahlen

Literatur und Quellenangaben

Appelbaum S, Kotzen B (2016) Further investigations of aquaponics using brackish water resources of the Negev desert. Ecocycles 2:26. https://doi.org/10.19040/ecocycles.v2i2.53

Bernstein S (2011) Aquaponic gardening: a step-by-step guide to raising vegetables and fish together. New Society Publishers, Gabriola Island

Conijn JG, Bindraban PS, Schröder JJ, Jongschaap REE (2018) Can our global food system meet food demand within planetary boundaries? Agric Ecosyst Environ 251:244–256. https://doi.org/ 10.1016/J.AGEE.2017.06.001

Ehrlich PR, Harte J (2015) Opinion: to feed the world in 2050 will require a global revolution. Proc Natl Acad Sci U S A 112:14743–14744. https://doi.org/10.1073/pnas.1519841112

Emerenciano M, Carneiro P, Lapa M, Lapa K, Delaide B, Goddek S (2017) Mineralizacão de sólidos. Aquac Bras:21–26

Goddek S (2017) Opportunities and challenges of multi-loop aquaponic systems. Wageningen University, Wageningen. https://doi.org/10.18174/412236

Goddek S, Keesman KJ (2018) The necessity of desalination technology for designing and sizing multi-loop aquaponics systems. Desalination 428:76–85. https://doi.org/10.1016/j.desal.2017. 11.024

Goddek S, Körner O (2019) A fully integrated simulation model of multi-loop aquaponics: a case study for system sizing in different environments. Agric Syst 171:143–154. https://doi.org/10. 1016/j.agsy.2019.01.010

Kotzen B, Appelbaum S (2010) An investigation of aquaponics using brackish water resources in the Negev desert. J Appl Aquac 22:297–320. https://doi.org/10.1080/10454438.2010.527571

Manelli A (2016) New paradigms for a sustainable Well-being. Agric Agric Sci Procedia 8:617–627. https://doi.org/10.1016/J.AASPRO.2016.02.084

Monsees H, Keitel J, Kloas W, Wuertz S (2015) Potential reuse of aquacultural waste for nutrient solutions in aquaponics. In: Proc of Aquaculture Europe. Rotterdam, The Netherlands

Steffen W, Richardson K, Rockström J, Cornell SE, Fetzer I, Bennett EM, Biggs R, Carpenter SR, de Vries W, de Wit CA, Folke C, Gerten D, Heinke J, Mace GM, Persson LM, Ramanathan V, Reyers B, Sörlin S (2015) Planetary boundaries: guiding human development on a changing planet. Science 347(80):736

Studien

Glyphosat-Studie des Bundes

https://www.bund.net/fileadmin/user_upload_bund/publikationen/umweltgifte/glyphosat_urin_hintergrund.pdf

Marktstudien

Data Bridge Market Research

https://www.databridgemarketresearch.com/reports/global-aquaponics-market

Aquaponik-Marktanteilstrends 2022 Globale Wachstumsherausforderungen, Chancen und regionale Segmentierungsprognose bis 2024:

https://badenwurttembergzeitung.com/2022/04/03/aquaponik-marktanteilstrends-2022-globale-wachstumsherausforderungen-chancen-und-regionale-segmentierungsprognose-bis-2024/

Dr. Olaf Zinke, agrarheute vom 24.06.2021

https://www.agrarheute.com/markt/duengemittel/duengerpreise-steigen-extrem-hoch-kommt-noch-schlimmer-582641

ID: 50

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 Docht-Bewässerung Ebbe - Flut Systeme NFT - Nährstoff-Film-Technik DWC - Tiefwasser-Kultur (Deep Water Culture) DFT - Tiefwasser Nährstoff Film Technik (Deep Flow Technique) Tröpfchenbewässerung Aeroponik - Nebel aus Nährstofflösung Aquaponik - Pflanzenanbau und Fischzucht Aquaponik - CHOP (Constant Height, One Pump)   Schema einer Aquaponikanlage
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	1) Vorratsbehälter 2) Flut- & Ebbebecken 3) Überlauf 4) Zufuhr via Pumpe
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.

Schema einer Aquaponikanlage

ID: 2

Kontext: 

Das Herzstück eines Aquaponik-Systems ist sein Biofilter. Die heterotrophen und autotrophen Bakteriengemeinschaften im Biofilter verarbeiten auf natürliche Weise organische Abfälle und liefern biologisch stabiles Wasser, das monatelang recycelt werden kann. Bei der Auswahl eines Biofiltrationssystems für die kommerzielle Aquakulturproduktion sind die Effizienz der Technologie und des Substrats sehr wichtig, da sie die Größe, die Kosten und den Energieverbrauch der teuersten Behandlungskomponente in Kreislaufsystemen bestimmen.

Biofilter

Abbildung: Aquakulturingenieure müssen bei der Auswahl des besten Biofilters für eine bestimmte Anwendung eine Reihe von Entscheidungen treffen. Nacheinander getroffene Entscheidungen an jedem Knotenpunkt des "Entscheidungsbaums" führen zum zuverlässigsten und kostengünstigsten Filter.

FBBs (Floating Bead Bioclarifiers) bieten eine bessere Feststoffabscheidung (100 % bis zu 30 µm) als Mikrosiebe und Sedimentationsbecken und vermeiden gleichzeitig das Problem des Verbackens, das bei hohen organischen Belastungen typischerweise mit Sandfiltern verbunden ist.

Unter Wasser oder über Wasser ?

Aerobe Filter benötigen Sauerstoff. Wenn der Biofilm im Wasser, das zum Filter transportiert wird, ausreichend mit Sauerstoff versorgt werden kann, wählen Sie einen Unterwasserfilter. Andernfalls sollten Sie sich für einen aufsteigenden Filter entscheiden. Emergente (aufsteigende) Filter (EGSB) verwenden ein kaskadenförmiges Gemisch aus Wasser und Luft, um sicherzustellen, dass ein hoher Sauerstoffgehalt an der Oberfläche des Biofilms aufrechterhalten wird. Tropfkörper verteilen das Wasser über eine mit Biofiltermedien gefüllte Säule. Rotierende biologische Kontaktoren - manchmal auch Nass-/Trockenfilter genannt - verwenden einen eher mechanischen Ansatz. Sie drehen sich langsam in einen Wassertank hinein und wieder heraus, wobei das Medium immer nass bleibt, aber zusätzlich belüftet wird.

Überwasserfilter

Emergente Filter sind in der Lage, eine extrem hohe flächenmäßige Umwandlung von TAN (umgewandelte TAN in Gramm pro Quadratmeter Oberfläche) zu erreichen, werden jedoch durch eine geringe spezifische Oberfläche (Quadratmeter Biofilm pro Kubikmeter Einheitsvolumen) eingeschränkt. Infolgedessen können auftauchende Filter 5 bis 10 Mal größer sein als die untergetauchten Alternativen, und bei einigen Medientypen ist Vorsicht geboten, um eine mögliche Verstopfung zu verhindern. Diese Filter bieten sekundäre Vorteile in Form von Belüftung und Kohlendioxidstrippung. Sie eignen sich am besten für stark belastete Systeme, wo ihre Fähigkeit, dem Biofilm Sauerstoff zuzuführen, einen gewissen Nutzen bringen kann.

TAN: Total ammonia nitrogen / Gesamt-Ammoniak-Stickstoff

Unterwasserfilter

Befürworter von Tauchfiltern weisen darauf hin, dass die Fische in Kreislaufsystemen auf der Zulaufseite der Filter leben und die TAN-Werte sehr niedrig gehalten werden müssen. Sie argumentieren, dass nicht die Sauerstoffdiffusion, sondern die TAN-Diffusion in Biofilme die Leistung der Biofiltration begrenzt. Die Befürworter von Unterwasserfiltern konzentrieren sich in der Regel zunächst auf die Maximierung der spezifischen Oberfläche und dann auf Biofilme und Feststoffmanagement, um die TAN-Diffusionsraten zu verbessern.

Unterwasser-Schüttbett

Die ältesten Biofilter bestehen lediglich aus einem Bett aus untergetauchten Medien, durch die das das Wasser in einem Kreislauf geführt wird. Diese Filter haben im Allgemeinen keine Biofilm- oder Feststoffmanagement-Funktionen, und der spezifischen Oberfläche wird nur wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Diese Filter werden mit großem Erfolg in Haltungssystemen für Meeresfrüchte, leicht belasteten Aquakulturen, Schauaquarien und dergleichen eingesetzt. Die großen, preiswerten Filter leisten gute Arbeit, bis sie überlastet werden und in eine Zone mit positivem Bakterienwachstum geraten, die sie unbrauchbar macht, da kein Wasser mehr in den Filter eindringen kann. Diese Unzulänglichkeiten von getauchten Schüttbetten wurden durch Filter behoben, die das Problem der Feststoffansammlung in den Griff bekommen können.

Expandierbare Granulatfilter

Expandierbare Granulatfilter unterscheiden sich von anderen Filtertypen durch einen Rückspülmechanismus. Expandierbare Granulatfilter, zu denen Feinsandfilter, Kiesfilter und Beadfilter gehören, haben eine ähnliche Rückspülstrategie, die es ihnen ermöglicht, in einem breiten Spektrum von Funktionen zu arbeiten. Diese Wahl steuert den Wasserverlust und hat großen Einfluss darauf, wie einfach die Biofilme der Filter manipuliert werden können. Expandierbare Granulatfilter haben die einzigartige Fähigkeit, als mechanische Filter, Biofilter oder Bioklärer zu arbeiten. Ihre Wirksamkeit in diesen drei Bereichen ist jedoch sehr unterschiedlich.

Feinsandfilter

Feinsandfilter werden in den meisten Anwendungen hauptsächlich als mechanische Filter eingesetzt, tragen aber in Kreislaufsystemen zu einer gewissen Nitrifikation bei. Diese Filter eignen sich in den meisten kommerziellen Anwendungen schlecht als Biofilter, da die Entwicklung eines Biofilms den Waschmechanismus schnell außer Kraft setzt. Alle Sand- und Kiesfilter benötigen hohe Durchflussraten, um ihre Expansion in Gang zu setzen, was auch zu hohen Wasserverlusten bei der Rückspülung führt. Diese Wasserverluste können Biofilm-Management-Strategien behindern, die die Leistungsfähigkeit der Biofilter verbessern. Sandfilter werden häufig als Klärbecken für Schauaquarien, als mechanische Zulauffilter in Aquakulturanlagen und als Biofilter in sehr schwach belasteten Kreislaufsystemen eingesetzt. Grobe Sand- und Kiesmedien werden mit einigem Erfolg eingesetzt, da sie über ausreichende Abrasionskapazitäten verfügen, um Bioflocke abzuschlagen und die Probleme des Verbackens zu vermeiden, die feinere Sandbetten plagen.

Schwimmende Bead-Filter

Floating-Bead-Filter besitzen praktisch alle Eigenschaften von Sand- und Kiesfiltern, reduzieren oder eliminieren jedoch die Probleme des Biofouling und des Wasserverlusts. Je nach Anwendung können Beadfilter effektiv als mechanische Filter, Biofilter oder Bioklärer eingesetzt werden, wobei sie gleichzeitig Feststoffe abfangen und als Biofilter fungieren. Der Rückspülmechanismus und die Häufigkeit der Rückspülung der Anlagen werden als Instrument zur Verwaltung des Biofilms eingesetzt. Gut gemanagte Anlagen sind daher in der Lage, volumetrische TAN-Umwandlungsraten zu erzielen, die mit anderen Biofiltrationsformaten in hohem Maße konkurrenzfähig sind. Darüber hinaus liegt der Wasserverlust bei diesen Filtern zwischen knapp über 1 Prozent und 10 Prozent des Rückspülbedarfs für gleichwertige Kiesfilter.

Expandierte Biofilter

Expandierte Biofilter, bei denen Sand oder Perlen kontinuierlich expandiert werden, fangen keine Feststoffe ab, werden aber als hochwirksame Biofilter eingesetzt. Biofilter mit fluidisiertem Sandbett halten die Sandpartikel gleichmäßig in Suspension, so dass sich das Medium wie eine Flüssigkeit verhält. Die extrem hohe spezifische Oberfläche des Feinsandmediums ermöglicht einen effektiven Betrieb der Filter bei niedrigen Ammoniakwerten von weniger als 0,1 mg-N pro Liter, selbst wenn sie ungünstigen Bedingungen wie einem niedrigen pH-Wert ausgesetzt sind. Feinsandpartikel eignen sich am besten für leicht belastete Systeme, in denen sehr niedrige TAN-Konzentrationen erforderlich sind. Sie werden zum Beispiel mit großem Erfolg in der Zierfischindustrie eingesetzt. Die Einheiten neigen jedoch dazu, Sand zu verlieren, wenn der Substratgehalt steigt, und sind nur begrenzt in der Lage, Biofilm abzutragen.

Grober Sand

Grobsandfilter haben immer noch eine ausgezeichnete spezifische Oberfläche, sind sehr abrasiv und eignen sich gut für höhere Beladungskapazitäten. Grobsand-Wirbelschichten unterstützen sehr hohe TAN-Umsetzungen, allerdings in der Regel nur bei erhöhten Ammoniakwerten von mehr als 1,5 mg-N pro Liter. Bei niedrigen Substratkonzentrationen wird der Biofilm überstrapaziert.

Der Filter... der keiner ist

Es handelt sich hierbei nicht um einen Filter im eigentlichen Sinne, da der Hauptzweck die Abscheidung von gasförmigen bzw. gelösten Substanzen und nicht von festen Partikeln ist. Im Gegensatz zum Biorieselbettreaktor einerseits, bei dem sich auf Einbauten im Reaktor ein sogenannter biologischer Rasen bildet, der kontinuierlich gespült wird, und dem Biowäscher anderseits, bei dem die Mikroorganismen überwiegend in einer Waschflüssigkeit suspendiert sind, sind die Mikroorganismen beim Biofilter auf einer Matrix, die teilweise für die Nährstoffversorgung sorgt, fixiert.

Die Idee, Abluft und Abwässer auf biologischem Wege zu reinigen, existierte bereits in den 1920er-Jahren, spätestens in den 1960er-Jahren erfolgte der technische Einsatz. Im Laufe der Jahre wurden Biofilter für eine Vielzahl von Anwendungen optimiert.

Funktion

Ein Biofilter filtert zum einen physikalisch unerwünschte Feststoffe und zum Anderen verwandelt er mit Hilfe von Mikroorganismen u.a. das Ammoniak aus den Fisch-Ausscheidungen in Nitrat, was somit von den Pflanzen als Dünger verwendet werden kann.

Mechanische Filterung

Aus dem Fischtank werden neben Wasser auch feste Ausscheidungen der Fische, Futterreste oder Algen in die Pflanzbeete gepumpt. Damit das Substrat der Filter nicht verstopft, müssen entweder Würmer dafür sorgen, dass diese Feststoffe umgesetzt werden oder die Feststoffe müssen vorab mechanisch entfernt werden.

(C) Daniele Pugliesi            

Je nach Anlagengestaltung bietet sich auch ein Absetzbecken an (auch Absetzanlage genannt). Diese ist ein nahezu strömungsfreies Becken, in dem durch die Schwerkraft Wasserinhaltsstoffe sedimentiert werden und damit eine Abtrennung absetzbarer Stoffe von einer Flüssigkeit erzielt werden können. Hier wird die Wassergeschwindigkeit so weit herabgesetzt, dass sich Schwebstoffe am Grund absetzen können. Von dort können sie mit einem Mulmsauger oder einem mechanischen Rechen entfernt werden.

Verwertung der Schwebstoffe durch Würmer

Da auch in den Schwebstoffen Nährstoffe enthalten sind, ist es natürlich besser (und einfacher), diese auch zu nutzen. Deshalb setzt man in die Pflanzbeete Würmer ein. Nicht alle Würmer sind zu diesem Zweck gleich gut geeignet. Die typischen „Regenwürmer“ aus dem Garten brauchen andere Bodentiefen, als wir sie in der Aquaponik bereitstellen können. Gut geeignet sind Rotwürmer (Eisenia foetida, Eisenia andrei, Dendrobena veneta), die für Wurmkompost oder als Angelköder verkauft werden.

Dauergeflutete Pflanzbeete mit einfachem Überlauf eigenen sich nicht für die Verwendung von Kompostwürmern. Die regelmäßige Überflutung in gepumpten Systemen hingegen schadet den Würmern nicht.

Chemische Filterung

Das Substrat bildet auch den Lebensraum für die Bakterien, die in einem zweistufigem Prozess von den Fischen ausgeschiedenes Ammoniak in Nitrat umwandeln. Der erste Schritt dieser sogenannten Nitrifikation läuft aerob (in sauerstoffhaltiger Umgebung) als Oxidation des Ammoniak zu Nitrit durch Nitritbakterien ab. 

Im zweiten Prozessschritt wandeln Nitratbakterien Nitrit durch Oxidation in Nitrat um. Auch diese Bakterien leben aerob, brauchen also Sauerstoff. Verstopfen die Filter durch Schwebstoffe, entstehen anaerobe Zonen, in denen die Bakterien des Nitrifikationsprozesse sterben und anaerobe Fäulnisprozesse einsetzen. Den Sauerstoff erhält das Wasser durch das Einpumpen in das Substrat und mit Druckluft die zugegeben wird.

Wirkung von Nitrat

Nitrat ist ein wichtiger Pflanzendünger, der vor allem Blattwachstum erzeugt. Bei Salaten ist dieses im gewissen Umfang wünschenswert. Zu hohe Nitratmengen lagern sich in den Blättern ab und werden beim Verzehr im Körper aufgenommen. Nitrat und Nitrit stehen im Verdacht durch Umwandlung in Magen und Darm zu u.a. Nitrosaminen krebserregend zu sein.
Darüber hinaus führt ein Überangebot an Nitrat bei fruchtbildenden Pflanzen (z.B. Tomaten) zu übermäßigem Blattwachstum und Verkümmern der Fruchtansätze. Daher ist auf ein ausgewogenes Verhältnis von Biofiltern zu Biomasse Fisch zu achten.

Umweltbedingungen

Ein Produkt der Nitrifikation ist Säure, daher kann das Wasser im Kreislauf zunehmend versauern. Die Bakterien im Biofilter benötigen aber eher eine basische bis neutrale Umgebung, weshalb im Rahmen der regelmäßigen Wartung Gegenmaßnahmen zur Stabilisierung des pH-Wertes zu ergreifen sind.

Je nach Jahreszeit und Breitengrad muss auf die Temperatur geachtet werden. Minimal sollten, je nach verwendeten Mikroorganismen Temperaturen von 40⁰ Celsius keinesfalls überschritten werden. Auch unter 10° Celsius verlangsamen manche Bakterien ihre Arbeit soweit, das sie keinen Nutzen mehr haben. Ab 0° Celsius sterben die Bakterien der Biofilter ab. Ein solches System muss immer "Eingefahren" werden !

Noch ein Wort zu TAN ( Total ammonia nitrogen / Gesamt-Ammoniak-Stickstoff )

Quantifizierung der Nitrifikation

In der Vergangenheit wurden in Studien die Nitrifikationsraten auf der Grundlage der spezifischen Oberfläche der Medien angegeben, wobei höhere SSA-Werte (Specific Surface Area) bevorzugt wurden. Theoretisch gilt: Je größer die SSA, desto mehr Lebensraum für Bakterien. In einer idealen Welt würde dies zu höheren Nitrifikationsraten führen.

In der realen Welt der kommerziellen Aquakultur bilden die Bakterien jedoch einen Biofilm, der das Medium effektiv bedecken kann, möglicherweise in einer Weise, die die topografischen oder porösen Merkmale des Mediums verstopft, die zur Vergrößerung der spezifischen Oberfläche gedacht sind. Durch diese Bedeckung des Mediums wird im Wesentlichen eine neue Medientopografie geschaffen und die tatsächlich von den Bakterien genutzte Oberfläche verringert.

Volumetrische TAN-Umwandlungsrate

Daher spiegelt die theoretische Nitrifikationskapazität eines bestimmten Filtermediums auf der Grundlage der SSA (Specific Surface Area) nicht immer die tatsächlich erreichte Nitrifikation in der realen Welt wider. Kürzlich wurde vorgeschlagen, dass die Nitrifikationsraten von Biofiltern auf der TAN-Umsetzung (TAN: Total Ammonia Nitrogen / Gesamt-Ammoniak-Stickstoff) pro Volumeneinheit des nicht expandierten Filtermediums basieren sollten. Als volumetrische TAN-Umwandlungsrate (VTR) bezeichnet, sind typische Einheiten für dieses Standardmaß der Nitrifikation Gramm entfernte TAN pro Kubikmeter Biofiltermedium pro Tag.

Weiterführender Artikel: Biofilter: Bakteriengemeinschaften

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ID: 158

Die Anschaffung von Biofilter-Material ist irreführend!

Die Idee Fischhaltung und Pflanzenzucht zu kombinieren ist alles andere als neu. Im Moment erlebt die Aquakultur bzw, die Aquaponik als Methode durch die technischen Neuerungen in jüngster Vergangenheit einen enormen Aufschwung. In den USA gibt es mittlerweile eine große Zahl kleinerer und mittlerer Produzenten. Genaue Zahlen, wie hoch das Produktionsvolumen in Aquaponik-System weltweit einzuschätzen ist, gibt es allerdings nicht und die Methode kommt nicht flächendeckend zum Einsatz. Die Produktion dürfte zurzeit im Vergleich zu konventionellen Systemen noch als äußerst gering einzustufen sein.

Eine aktuelle Analyse der regionalen Aspekte des Aquaponik-Marktes in den USA zeigt, dass die wachsende Nachfrage die Region Nordamerika dazu veranlasst hat, bis 2025 einen großen Anteil von 42,0 % bis 45,0 % des globalen Aquaponik-Marktes auf ihrem Gebiet zu halten. Aquaponik erfordert minimale Wasserflächen für den Anbau von Kräutern, Obst und Gemüse, was stark zum Marktwachstum beiträgt. Da die Produkte frei von Pestiziden und Herbiziden sind, führt der Obst- und Gemüsetyp das Segment an und entwickelt sich mit einer einer jährlichen Wachstumsrate von 14,5% - 15,5% während des Prognosezeitraums von 2020 bis 2025.

Bild und Quelle: https://www.databridgemarketresearch.com/reports/global-aquaponics-market

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ID: 101

Zahlen

Bei der Dimensionierung einer Aquaponikanlage sind mehrere wesentliche Faktoren zu berücksichtigen, um eine effiziente und nachhaltige Anlage zu planen. Hier sind einige wichtige Schlagworte, die technische Aspekte der Dimensionierung einer Aquaponikanlage beschreiben:

Systemgröße und Kapazität

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

Die Berechnung der Düngermenge, die den Nährlösungen zugesetzt werden muss, ist Teil einer erfolgreichen hydroponischen Produktion. Für die Berechnungen werden nur Multiplikation, Division und Subtraktion verwendet; es sind keine fortgeschrittenen mathematischen Kenntnisse erforderlich.

Wenn Sie mehr über die Zusammensetzungen und Konzentrationsangaben wissen wollen kann die Artikelreihe zu Stöchiometrie und ein Blick auf die Umrechnung von Mol und Gramm bei der Konzentrationsangabe der einzelnen Elemente und Verbindungen hilfreich sein die Komplexität der Thematik besser zu verstehen.

Wenn Sie das allgemeine Verfahren beherrschen, ist die Herstellung von Nährstofflösungen und die Anpassung der Nährstoffmengen ein Kinderspiel.

Düngemittelrezepte für Hydrokulturen werden fast immer in ppm (in der Langform: Teile pro Million) angegeben. Dies kann sich von den Düngeempfehlungen für den Gemüse- und Obstanbau im Freiland unterscheiden, die im Allgemeinen in lb/acre (pounds per acre) angegeben werden.

Als erstes müssen Sie ppm in mg/l (Milligramm pro Liter) umrechnen, indem Sie diesen Umrechnungsfaktor verwenden: 1 ppm = 1 mg/l (1 Teil pro Million entspricht 1 Milligramm pro Liter). Wenn zum Beispiel in einem Rezept 150 ppm Stickstoff gefordert werden, entspricht das 150 mg/l oder 150 Milligramm Stickstoff in 1 Liter Bewässerungswasser.

In Rezepten für Nährstofflösungen werden auch ppm P (Phosphor) und ppm K (Kalium) verwendet. Dies unterscheidet sich auch von den Düngeempfehlungen für den Gemüse- und Obstanbau auf dem Feld, bei denen P₂O₅ (Phosphat) und K₂O (Kali) verwendet werden. Die Düngemittel werden auch als Phosphat und Kali angegeben. Phosphat und Kali enthalten Sauerstoff, der bei hydroponischen Berechnungen berücksichtigt werden muss. P₂O₅ enthält 43% P und K₂O enthält 83% K.

Lassen Sie uns die bisherigen Gegebenheiten überprüfen:

1 ppm = 1 mg/l
P2O5 = 43% P
K2O = 83% K

Nährstofflösungstanks werden in den Vereinigten Staaten normalerweise in gal (Gallonen) gemessen. Wenn wir ppm in mg/l umrechnen, arbeiten wir mit Litern. Um Liter in Gallonen umzurechnen, verwenden Sie den Umrechnungsfaktor von 3,78 l = 1 gal (3,78 Liter entsprechen 1 Gallone). Weiter unten ist die Rechnung auch für kontinentale Interessenten angegeben.

Je nach der Waage, die Sie zum Wiegen von Düngemitteln verwenden, kann es nützlich sein, Milligramm in Gramm umzurechnen: 1.000 mg = 1 g (1.000 Milligramm entsprechen 1 Gramm). Wenn Ihre Waage in Pfund misst, sollten Sie diese Umrechnung verwenden: 1 lb = 454 g (1 Pfund = 454 Gramm).

Fassen wir diese Gegebenheiten zusammen:

3,78 l = 1 Gallone
1000 mg = 1 g
454 g = 1 lb

Jetzt haben wir alle notwendigen Gegebenheiten. Schauen wir uns ein Beispiel an.

Wie bestimmt man, wie viel 20-10-20-Dünger benötigt wird, um 150 ppm N mit einem 5-Gallonen-Tank und einem Düngerinjektor zu liefern, der auf eine Konzentration von 100:1 eingestellt ist?

Schreiben Sie zunächst die Konzentration auf, von der Sie wissen, dass Sie sie erreichen wollen. In diesem Fall sind es 150 ppm N oder 150 mg N/l.

Beachten Sie, dass wir mit 1 multiplizieren. So können Sie die Einheiten, die im Zähler und im Nenner gleich sind, aufheben. Jetzt können wir "mg N" streichen und erhalten die Einheit g N/l Wasser.

Setzen Sie diesen Prozess fort, indem Sie Liter in Gallonen umrechnen. Die meisten Gebinde werden immerm noch in Gallonen (3,78 Liter) gehandelt. Unterhaltsam hierbei: das Metrische System wurde von den Britten erfunden. Wollen Sie ein metrisches Ergebnis, lassen Sie diesen Rechenschritt weg.

Jetzt bleiben nur noch Gramm Stickstoff pro Gallone Wasser übrig.
Wir kommen der Sache näher. Nun wollen wir Gramm Stickstoff in Gramm Dünger umrechnen. Denken Sie daran, dass unser Dünger ein 20-10-20 ist, was bedeutet, dass er 20 % Stickstoff enthält. Man kann sich das so vorstellen, dass 100 Gramm Dünger 20 Gramm Stickstoff enthalten. 

Wo stehen wir also jetzt? Wir haben berechnet, wie viel Gramm Dünger in jeder Gallone Bewässerungswasser benötigt werden. Im Moment haben wir eine normal starke Lösung. Unser Beispiel fordert uns auf, eine konzentrierte Lösung von 100:1 zu berechnen. Das bedeutet, dass für jede 100 Gallonen Wasser, die ausgebracht werden, auch 1 Gallone Stammlösung über einen Düngerinjektor ausgebracht wird. Wir wissen auch, dass unser Vorratstank 5 Gallonen fasst. Unten siehe Berechnung für metrisches System (Liter).

In Gallonen

Im Taschenrechner: 150 x 1 : 1000 x 3.78 x 100 : 20 x 100 x 5 ist 1417,5 Gramm auf 5 Gallonen Wasser (im Vorratstank)

Nachdem wir alles abgezogen haben, bleibt uns ein Gramm Dünger übrig. Das ist die Menge an Dünger, die wir in unseren Vorratstank geben müssen, um 150 ppm N bei einer Konzentration von 100:1 auszubringen. Multiplizieren und teilen Sie und Sie erhalten die Antwort 1417,5 Gramm Dünger.

In Litern

Im Taschenrechner: 150 x 1 : 1000 x 100 : 20 x 100 x 10 ist 1500 Gramm auf 10 Liter Wasser (im Vorratstank)

Nachdem wir alles abgezogen haben, bleibt uns ein Gramm Dünger übrig. Das ist die Menge an Dünger, die wir in unseren Vorratstank geben müssen, um 150 ppm N bei einer Konzentration von 100:1 auszubringen. Multiplizieren und teilen Sie und Sie erhalten die Antwort 750,0 Gramm Dünger.

Das bedeutet, dass für jede 100 Liter Wasser, die ausgebracht werden, auch 1 Liter Stammlösung über einen Düngerinjektor ausgebracht wird. Wir wissen auch, dass unser Vorratstank 10 Liter fasst. 

Wenn wir in Pfund messen, müssen wir 0,75 kg / 1,15 lb Dünger in unseren Vorratstank geben, um 150 ppm N mit einer Konzentration von 100:1 auszubringen.

Sie haben gerade eine der beiden Gleichungen fertiggestellt. Schauen wir uns nun die andere an.

Wir haben gerade festgestellt, dass wir 750 Gramm Dünger hinzufügen müssen, um 150 ppm Stickstoff bei einer Konzentration von 100:1 zu liefern. Der von uns verwendete Dünger war ein 20:10:20. Zusätzlich zum Stickstoff fügen wir also auch Phosphor und Kalium hinzu. Mit der nächsten Gleichung bestimmen wir, wie viel Phosphor wir zuführen. Dies ist im Grunde die Umkehrung der ersten Berechnung.

Wir beginnen mit der Menge an Dünger, die wir in unseren Tank geben. Die endgültigen Einheiten sind ppm oder mg/l. Wie bei der vorherigen Berechnung verwenden wir unsere Vorgaben, bis wir diese Einheiten erhalten.

Multiplizieren Sie mit der Konzentration der Nährlösung.

Multiplizieren, um in Liter umzurechnen.

Als Nächstes rechnen Sie Milligramm Düngemittel in Milligramm Phosphat um.

Als Nächstes werden wir Gramm Phosphat in Gramm Phosphor umrechnen, wobei wir davon ausgehen, dass Phosphat 43 % Phosphor enthält.

Zum Schluss rechnen wir Gramm Phosphor in Milligramm Phosphor um.

Wenn wir dies berechnen, stellen wir fest, dass wir 32,25 mg/l P oder 32,25 ppm P hinzugefügt haben. Dies ist die zweite Gleichung. Wir können sie auch verwenden, um zu bestimmen, wie viel Kalium wir hinzugefügt haben. 

Wir haben 124,5 mg/l K oder 124,5 ppm K hinzugefügt.

Mit diesen beiden grundlegenden Berechnungen können Sie jedes beliebige Nährlösungsrezeptprogramm verwenden. Wie sie zur Berechnung eines Rezepts verwendet werden, können Sie in diesem Artikel sehen:

Hier finden Sie eine Beispielrezeptur und wie sie berechnet wird.

Kontext: 

ID: 154

Mangelerscheinungen

• Schäden durch lösliche Salze
• Bormangel
• Bortoxizität
• Calciummangel
• Eisenmangel
• Schwefelmangel
• Stickstoffmangel
• Kaliummangel
• Kupfermangel
• Magnesiummangel
• Manganmangel
• Molybdänmangel
• Phosphormangel
• Zinkmangel

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.

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

pH-Wert

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

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.

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.

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

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. 

Die Ursache: Starke Temperaturänderungen können die Calciumaufnahme unterbrechen und behindern. Mangelndes Licht, kälte und/oder zu feuchte Umgebungs-Bedingungen. Düngeranteil zu niedrig. Calciummangel kann durch Unterdüngung, ein Nährstoffungleichgewicht oder einen zu niedrigen pH-Wert verursacht werden. Er hängt auch mit dem Feuchtigkeitsmanagement, hohen Temperaturen und geringer Luftzirkulation zusammen. Calzium 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: Die Scheitelmeristeme / Apikalmeristeme (das sind die teilungsfähigen Bildungsgewebe der Pflanze) sind deformiert und sterben ohne erkennbare Symptome an den ältesten Blättern ab. Der obere Teil des Stiels und der Blütenknospe kann sich verbiegen. Kleine und deformierte Blätter an der Oberseite. Ungewöhnlich dunkelgrüne Blätter. Vorzeitiger Blüten- und Fruchtfall. Nach einer Unterversorgung, weisen die Blätter, die sich zum Zeitpunkt des Mangels in der Entwicklung befanden, oft eine typische Verformung/Austrocknung oder einen weißen Rand auf. Dies bezeichnet man als Spitzenbrand , er tritt besonders bei Salat und Erdbeeren häufig auf. Bräunung der Innenseite eines Stiels/Kopfes, um den Wachstumspunkt herum wie bei Sellerie (schwarzes Herz). Typische Symptome sind auch Blütenendfäule an Paprika und Tomaten. Symptome zeigen sich in der Regel zunächst als braune Blattränder an neuen Pflanzen oder an der Unterseite der Früchte. Blütenendfäule bei Tomaten und Paprika. Wenn die Symptome fortschreiten, können Sie braune, tote Flecken auf den Blättern sehen. Ein Mangel an ausreichend Calcium kann zu Fäulnis führen.

Erkennung: Blattanalyse. Früchte schlechter haltbar.

Korrektur: Stellen Sie sicher, dass der pH-Wert zwischen 5,5 und 6,5 liegt. Calciumnitrat oder Calciumchlorid zufügen, je nachdem, ob Sie den zusätzlichen Stickstoff benötigen oder nicht. 

Im Gewächshaus: Die Temperatur erhöhen. Mehr Licht. Ohne Wind wird der Nährstofftransport der Pflanze reduziert - im Gewächshaus für Luftbewegung sorgen. 

Die Ursache: Zuwenig oder falsch proportionierte Düngeranteile. Ein zu niedriger pH-Wert blockiert ebenso die Aufnahme von Schwefel. Ab einem pH-Wert von 4,0 wird die Schwefelaufnahme vollständig eingestellt. Zu wenig Magnesium.

Die Symptome: Umfassende Gelbfärbung des Blattgewebes wie auch der Blattadern. Zuerst oft die jüngeren Pflanzenteile und später der ganzen Pflanze. Symptome zeigen sich eher bei jungen oder frisch wachsenden Blättern an der Spitze der Pflanze. Schwefel ist ein immobiler Nährstoff. Das heißt Schwefel kann nur relativ langsam von der Pflanze re-disponiert werden (um-transportieren). Charakteristisch für Schwefelmangel sind lindgrün bis gelbe Verfärbungen an Blättern. Sie fangen am Blattstiel an und wandern zu den Blatträndern und zur -spitze. Im weiteren Verlauf werden die ganzen Blätter erst gelb, dann später braun und nekrotisch und sterben dann gänzlich ab. Manchmal lila/rötliche Blattstiele an den betroffenen Blättern oder sogar ein lila Stamm. Die Symptome bei leichtem Mangel bleiben meist auf die Spitze der Pflanze beschränkz. Der mittlere Teil der Pflanze wird kaum betroffen, untere Blätter so gut wie nie.

Erkennung: Blattanalyse.

Korrektur:  Düngerdosis erhöhen. pH-Wert korrigieren: weit über 4,0 halten. 5,5 bis 6,5 ist für viele Pflanzen ein guter Mittelwert. Erde mit Epsom-Salz / Magnesiumsulfat / MgSO₄ anreichern: ein Teelöffel pro 2 Liter Wasser (ca. 1% Konzentration).

Kontext: 

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In diesem Artikel soll gezeigt werden, welche Pflanzen in einem Aquaponik-System kultiviert werden können. Bevor auf die einzelnen Pflanzen eingegangen wird hilft ein Überblick welche Systeme in der Aquaponik verwendet werden, da einige Pflanzen beispielsweise in System A besser funktionieren als in System B. Wieder andere haben sich dagegen in System B bewährt. Allein dadurch wird deutlich, dass es nicht das beste oder das eine System gibt und beim Aufbau bzw. bei der Planung des Designs genau darauf geachtet werden sollte, für welche Pflanzen das System geeignet sein sollte.

Allgemein gesagt kann jede Pflanze in einem Aquaponik- oder Hydroponik-System kultiviert werden. Also in einem Hydroponiksystem, dem "nur" die Fische fehlen. Es gibt aber einige Ausnahmen, bei denen herkömmliche Methoden besser funktionieren. Dazu später mehr in den einzelnen Kategorien. In diesem Beitrag finden Sie eine Liste mitErfahrungswerten zu einzelnen Pflanzen.

Ein ganz anderer Ansatz findet sich bei Microgreens / Mikrogrün und Sprossen. Letztere bedürfen in der Regel nur einer feucht zu haltenden Unterlage und sind schon nach ein bis zwei Wochen zum Verzehr geeignet. Zumindest sollte erwähnt werden, dass bei der Kultivierung von Sprossen einiges zu beachten ist, da diese auf Grund biologischer Eigenschaften - Stichwort Phasin - je nach Gattung in dieser Wachstumsphase unbekömmlich oder sogar giftig sind können, wenn sie roh gegessen werden. Sie sind immer auf der sicheren Seite wenn sie die Sprossen vor dem Verzehr blanchieren, kochen oder anbraten. Lesen Sie hierzu diesen Artikel.

Salate und Kräuter

Salate und Kräuter sind die wohl am besten in Aquaponic funktionierende Pflanzengruppe. Sie sind in der Regel Schwachzehrer und werden im Aquaponik-System bestens versorgt. Darüber hinaus wachsen Salate und Kräuter in jedem System, egal ob stehend im Kies (Steady Flow / Flood & Drain), in Pflanzkörben sowohl auf Styropor o.ä. (DWC) als auch im PVC-Rohr (NFT).

Empfohlene Sorten:

Bewährt haben sich jegliche Salate wie Mangold, Spinat, Kopfsalat, Eisbergsalat, Endivien, Rucola, Portulak und so weiter genauso wie Kräuter wie Basilikum, Petersilie, Thymian und Oregano.

Nicht zu empfehlen:

Die Minze sollte im Aquaponik-System gemieden werden, weil sie wuchert. Sie liebt feuchte Standorte und befindet sich in einem Aquaponik-System wie im Paradies. Sollte sie isoliert ihr eigenes System haben, sollte es keine Probleme geben, aber zusammen mit anderen Pflanzen wird sie diese zeitnah überwuchert haben.

Fruchtgemüse

Fruchtgemüse gehören zu den Starkzehrern und sind auch im Aquaponik-System sehr beliebt. Es sollte allerdings bedacht werden, dass einige Fruchtgemüse sehr groß werden können. Ausreichend Platz nach oben und untereinander sollte dementsprechend gegeben sein.

Tomatenpflanzen wachsen beispielsweise sehr stark. Gurken und andere Kürbispflanzen werden sehr breit und bewuchern schnell den gesamten zu Verfügung stehenden Raum. Auch hier sollte im Vorfeld darüber nachgedacht werden, ob dieser Raum vorhanden ist.

Darüber hinaus ist nicht jedes System für Fruchtgemüse geeignet. Weder ein DWC- noch ein NFT-System sind von der Stabilität im Normalfall in der Lage, derart große Pflanzen zu stemmen. Theoretisch ist zwar auch dies möglich, aber hier müsste regelmäßig mit unterstützenden Maßnahmen, beispielsweise mit Seilen oder anderen Aufhängungen, nachjustiert werden.

Empfohlene Sorten:

Empfehlen möchten wir für den Privathaushalt eher kleinere Fruchtgemüse, wie beispielsweise Chili-Pflanzen oder Paprika. Kleinere Tomatenpflanzen, wie Cocktailtomaten, sind ebenfalls möglich.

Nicht zu empfehlen:

Jegliche Kürbisgewächse, Tomaten und andere Pflanzen, die sehr groß werden, sollten nur mit Bedacht in einem Aquaponik-System kultiviert werden. Durch den hohen Nährstoffgehalt im Wasser können zwar theoretisch enorme Ergebnisse erzielt werden, praktisch jedoch nur dann, wenn genügend Platz vorhanden ist.

Wurzel- und Knollengewächse

Botanisch zwar nicht ganz korrekt, aber fürs Verständnis sicher akzeptabel: Zu Wurzel- und Knollengewächsen zählen Pflanzen, die unterirdische essbare Teile entwickeln, wie beispielsweise Kartoffeln, Karotten, Rote Beete, Ingwer, Kurkuma, Pastinaken und Ähnliches.

Theoretisch ist es möglich, auch diese Pflanzen in einem Aquaponik-System zu kultivieren, allerdings sind hier einige Voraussetzungen nötig.

Weiche Knollen, wie bei der Kartoffel, sollten nicht ins Kiesbett (Steady Flow / Flood & Drain) gepflanzt werden, da sich die Knolle ums Kies herum bilden würde. Stattdessen hat sich bei weichen Knollen die Methode der Aeroponik bewährt.

Bei härteren Knollen, wie Ingwer und Kurkuma, ist das Kiesbett wiederum möglich, da sie den Kies durch ihre Stärke sukzessive wegdrücken.

Empfohlene Sorten:

Ingwer und Kurkuma kann ich an dieser Stelle empfehlen, jedoch nur, wenn ausreichend Platz vorhanden ist.

Nicht zu empfehlen:

Kartoffeln, Karotten und andere Gewächse mit relativ weichen Knollen sind nicht zu empfehlen, nur wenn die nötigen Voraussetzungen geschaffen wurden – siehe dazu Aeroponik.

Lauchgewächse

Zu den Lauchgewächsen zählen die Esszwiebel, die Winterzwiebel, die Frühlingszwiebel, Schnittlauch, Knoblauch, Porree und viele mehr. All diese wachsen im Aquaponik-System hervorragend.

Empfohlene Sorten:

Je nach persönlichem Geschmack sollten aus der Liste der Lauchgewächse ein oder zwei herausgesucht werden, die nebenbei mitwachsen können. Sie sind pflegeleicht und die oberen Teile der Pflanzen können im Laufe des Jahres mehrfach geerntet werden.

Nicht zu empfehlen:

Zwiebeln und andere Lauchgewächse. Experimentieren Sie aber trotzdem.

Exoten

Wie oben bereits beschrieben, lassen sich theoretisch jegliche Pflanzen in einem Aquaponik-System kultivieren, sofern die benötigten Voraussetzungen gegeben sind. Es gibt Fälle, bei denen sogar die Kultivierung einer Bananen- und Papaya-Pflanze erfolgreich in einem eigens dafür konstruierten Aquaponik-System geglückt ist.

Zusammenfassung:

• Theoretisch ist jede Pflanze kultivierbar
• Salate, Kräuter und Lauchgewächse wachen besonders gut und sind pflegeleicht
• Bei Fruchtgemüse sollte im Vorfeld darüber nachgedacht werden, ob genügend Platz und Raum zur Entfaltung vorhanden ist
• Wurzel- und Knollengewächse sind nur unter bestimmten Voraussetzungen zu empfehlen

Kontext: 

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"Bauartbedingt" sind nicht alle Pflanzen für eine Kultivierung in Aquaponik- und Hydroponikanlagen geeignet. Hier eine, stets unvollständige, Übersicht geeigneter Pflanzen.

Hier können Sie Erfahrungswerte zu pH- und EC-Werten für Pflanzen, Kräuter und Gemüse finden.

Die Unterteilung zwischen Obst, Gemüse und Kräutern ist keine biologische. Sie ist dazu noch von Kulturkreis zu Kulturkreis unterschiedlich.  

Obst und Gemüse sind keine Gattungsbegriffe für bestimmte Pflanzenarten. Eine klare Definition ist schwierig. Könnte man sagen, Obst ist süß und Gemüse nicht? Das trifft zwar fast immer zu, aber Karotten zum Beispiel können auch süßlich schmecken, man kann Saft daraus machen. Die haben zwar einen deutlich geringeren Zuckergehalt als Äpfel oder Orangen, aber so ein richtig befriedigendes Kriterium ist das auch nicht. Denn dann müsste man einen bestimmten Zuckergehalt als Grenzwert festlegen und sagen: alles, was drüber liegt, läuft als Obst, alles andere als Gemüse. Das wäre dann ein eher willkürliches quantitatives Kriterium.

Mischdefinition: Entscheidung von Fall zu Fall
Tatsächlich benutzen wir in unserem Kopf wohl eher eine Mischdefinition. Wir haben mehrere Kriterien zur Hand und wenn sich mehrere Kriterien widersprechen, dann wägen wir intuitiv ab und entscheiden von Fall zu Fall, was am besten passt. Also: Spargel ist zwar mehrjährig, aber er ist nicht süß und wir essen auch nicht die Früchte, sondern den Trieb – also zählen wir ihn zum Gemüse. Rhabarber ist auch mehrjährig, wir essen den Trieb und kochen ihn sogar – aber er wird süß gegessen, also zählen wir ihn meist als Obst.

Teile des Artikels sind von GÁBOR PAÁL übernommen. CC BY-NC-ND 4.0.

Übersicht erfolgreich gezüchteter Pflanzen in der Hydroponik & Aquaponik

Salat

Fruchtgemüse

Beerenobst

Kohlgemüse

Wurzel- & Knollengemüse

Kräuter

Hier können Sie sich die Pflanzen anzeigen lassen, welche im ähnlichen Bereich der pH- und Ec-Werte liegen und somit, zumindest in dieser Hinsicht, gemeinsam in einer Aqua- oder Hydroponikanlage angepflanzt werden können.  Achten Sie auch auf die Temperatur.

Wie hoch ist der Nährstoffbedarf für bestimmte Pflanzen? Dieser Liste zeigt die von der jeweiligen Pflanze bevorzugte Nährstoffkonzentration. Beachten Sie die Unterschiede innerhalb der Unterart/Züchtung. Bitte denken Sie daran: bei Tomaten gibt es 23.000 Sorten - natürlich variieren diese sowohl bei den bevorzugten Temperaturen wie auch dem Ec- und pH-Wert! Von der Feinabstimmung der Nährstoffzusammensetzung ist hier noch gar nicht die Rede. Mehr Details zu der Liste am Ende derselbigen.