Was ist Hydroponik? Funktionsweise, Vor- und Nachteile sowie Kulturen

Was ist Hydroponik?

Hydroponik ist eine Methode zum Anbau von Pflanzen ohne Erde. Die Wurzeln werden mit einer wasserbasierten Nährlösung versorgt, die alle von der Kultur benötigten Mineralstoffe enthält. Die Wurzeln befinden sich entweder direkt in dieser Lösung oder wachsen in einem inerten Substrat wie Steinwolle, Kokossubstrat oder Perlit. Dieses gibt der Pflanze Halt, liefert selbst aber kaum oder keine Nährstoffe.

Die einfachste Definition von Hydroponik lautet somit „erdlose Kultur mit einer gezielt gesteuerten Nährlösung“. Das Wort stammt aus dem Griechischen und setzt sich aus den Begriffen für Wasser und Arbeit zusammen. Bekannt wurde es in den 1930er-Jahren durch William Gericke an der University of California, der große Tomatenpflanzen in Wasserkultur anbaute und den Begriff prägte. Heute reicht die hydroponische Landwirtschaft von einem Eimer mit 5 Gallonen Fassungsvermögen auf dem Balkon bis zu Gewächshäusern mit mehreren Hektar Fläche und vollständig geschlossenen Pflanzenfabriken.

Was bedeutet „hydroponisch angebaut“ auf einem Etikett?

Wird ein Erzeugnis als hydroponisch angebaut bezeichnet, bedeutet das, dass die Pflanze während ihres gesamten Wachstums in einem erdlosen System kultiviert wurde. Sie erhielt Wasser und gelöste Mineralstoffe über ihre Wurzeln und nicht aus dem Ackerboden. Zu den meisten hydroponisch erzeugten Lebensmitteln im Supermarkt zählen Salat, Kräuter, Tomaten, Gurken, Paprika und Erdbeeren, die üblicherweise in Gewächshäusern oder Indoor-Farmen angebaut werden.

Wie funktioniert Hydroponik?

Pflanzen benötigen nicht die Erde selbst. Sie brauchen Wasser, Sauerstoff an den Wurzeln, mineralische Nährstoffe, Licht, Kohlendioxid und eine geeignete Temperatur. Erde ist lediglich eine Möglichkeit, Wasser und Nährstoffe bereitzustellen. Hydroponik ersetzt sie durch ein System, das diese Stoffe direkt und in bemessenen Mengen zuführt.

Eine schematische Darstellung nahezu jedes Hydroponik-Systems würde dieselben Bestandteile zeigen:

• Einen Vorratsbehälter (Tank oder Wanne), der die Nährlösung enthält.
• Eine Methode zur Zufuhr: eine Pumpe, Tropfer, einen dünnen Flüssigkeitsfilm in einer Rinne, eine angestaute Schale, Sprühdüsen oder einfach Wurzeln, die im Tank hängen.
• Einen Wurzelbereich: Netztöpfe, Rinnen, Eimer, Substratmatten oder Schwimmplatten, die den Pflanzen Halt geben.
• Eine Sauerstoffversorgung: Luftpumpen und Ausströmersteine, herabfallendes Wasser oder regelmäßiges Ablassen der Lösung, damit Luft an die Wurzeln gelangt.
• Messgeräte zur Überwachung: mindestens ein EC-Messgerät und ein pH-Messgerät; in größeren Betrieben eine automatische Hydroponik-Steuerung, die Nährstoffe und Säure dosiert.
• Licht: Sonnenlicht im Gewächshaus oder LED-Pflanzenlampen in Innenräumen.

In einem rezirkulierenden (geschlossenen) System fließt die Lösung zurück in den Vorratsbehälter und wird wiederverwendet. In einem offenen System ohne Rückführung durchläuft jede Nährlösungsgabe das Substrat einmal; die Drainagelösung wird anschließend verworfen oder anderweitig wiederverwendet.

Der Hydroponik-Zyklus Schritt für Schritt

1. Aussaat. Samen keimen in Anzuchtschwämmen, Steinwollwürfeln oder kleinen Schalen, die mit reinem Wasser oder einer schwach konzentrierten Nährlösung feucht gehalten werden.
2. Umpflanzen. Sobald Wurzeln aus dem Anzuchtstopfen herauswachsen, werden die Jungpflanzen in Netztöpfe, Rinnen, Substratmatten oder Eimer umgesetzt.
3. Nährstoffversorgung. Das System führt die Nährlösung kontinuierlich oder zeitgesteuert zu.
4. Überwachung. Der Anbauer kontrolliert den EC-Wert (Nährstoffkonzentration), den pH-Wert, die Wassertemperatur und den Füllstand der Lösung – bei kleinen Systemen üblicherweise täglich, bei gewerblichen Anlagen kontinuierlich mit Sensoren.
5. Nachfüllen und Austauschen. Mit zunehmender Wasseraufnahme der Pflanzen wird Wasser nachgefüllt. Die gesamte Lösung wird alle paar Wochen oder entsprechend den Analyseergebnissen ausgetauscht oder in ihrer Zusammensetzung neu eingestellt.
6. Ernten und Reinigen. Nach der Ernte werden Rinnen, Schalen und Tanks vor dem nächsten Anbau gereinigt.

Welche Haupttypen von Hydroponiksystemen gibt es?

Es gibt sechs gängige hydroponische Verfahren sowie mehrere Mischformen. Unser ausführlicher Leitfaden zu den Arten von Hydroponik-Systemen vergleicht sie im Detail; die folgende Tabelle bietet einen schnellen Überblick.

Varianten der Tiefwasserkultur wie RDWC (rezirkulierende Tiefwasserkultur) verbinden mehrere Eimer mit einem gemeinsamen Vorratsbehälter. So wird die Nährlösung gemeinsam genutzt und lässt sich leichter steuern. Eine Hydroponik-Anlage mit einem Eimer von fünf Gallonen Fassungsvermögen ist im Wesentlichen eine einzelne DWC- oder Tropfbewässerungseinheit. Deshalb ist sie ein beliebter Einstieg, um Hydroponik vor einer Vergrößerung der Anlage kennenzulernen.

Was benötigen Pflanzen in einem Hydroponiksystem?

Nährlösung

Die Nährstoffversorgung in der Hydroponik muss alle essenziellen Elemente bereitstellen: Stickstoff, Phosphor, Kalium, Calcium, Magnesium und Schwefel sowie Eisen, Mangan, Zink, Kupfer, Bor und Molybdän in kleinen Mengen. Gewerbliche Anbauer mischen üblicherweise zwei konzentrierte Stammlösungen (A und B), damit Calcium nicht mit Sulfaten und Phosphaten ausfällt. Die Konzentration wird über die elektrische Leitfähigkeit (EC) gemessen. Bei Blattgemüse liegt sie typischerweise bei etwa 0.8–1.8 mS/cm und bei Fruchtgemüse wie Tomaten bei etwa 2.0–3.5 mS/cm, abhängig von Entwicklungsstadium, Klima und Sorte.

pH

Die meisten hydroponischen Kulturen wachsen am besten bei einem pH-Wert von etwa 5.5–6.5. Dieser liegt innerhalb des breiteren Bereichs von 5.0–7.0, den Penn State Extension für Gemüse angibt. Außerhalb dieses Bereichs sind Eisen, Phosphor und Calcium weniger verfügbar, selbst wenn sie vorhanden sind. Unser Leitfaden zu Hydroponik-Nährstoffen, EC und pH behandelt Rezepturen und Zielwerte für verschiedene Kulturen.

Sauerstoff und Temperatur

Wurzeln atmen. Warmes Wasser enthält weniger gelösten Sauerstoff, deshalb streben die meisten Anbauer eine Temperatur der Nährlösung von etwa 18–22 °C an. Manche geben kleine Mengen Wasserstoffperoxid (H2O2) als Oxidationsmittel in die Hydroponik-Vorratsbehälter. Es schädigt jedoch auch nützliche Mikroorganismen und muss sorgfältig dosiert werden; eine gute Belüftung, saubere Tanks und die richtige Temperatur sind wichtiger.

Substrate

Substrate geben der Pflanze Halt und puffern Feuchtigkeitsschwankungen ab. Häufig verwendet werden Steinwolle, Kokossubstrat, Perlit, Blähton und Anzuchtschwämme. Jedes Substrat weist ein anderes Verhältnis von Wasser- zu Luftspeicherung auf; weitere Informationen finden Sie in unserem Leitfaden zu Hydroponik-Substraten.

Licht

In Gewächshäusern liefert die Sonne den größten Teil des Lichts, ergänzt durch Zusatzbeleuchtung im Winter. In Innenräumen sind LED-Lampen für Hydroponik inzwischen Standard, da sie effizient sind und weniger Wärme erzeugen als ältere Lampentypen. Die Hydroponik-Beleuchtung ist häufig der größte Stromverbraucher einer Indoor-Farm. Deshalb sollten Leuchteneffizienz und Photoperiode sorgfältig geplant werden.

Welche Vor- und Nachteile hat Hydroponik?

Vorteile und Nutzen der Hydroponik

• Wassereffizienz. Rezirkulierende Systeme verlieren Wasser hauptsächlich über die Pflanzen und nicht durch Versickerung in tiefere Bodenschichten oder Verdunstung von unbedecktem Boden. Daher können sie für dieselbe Kultur mit einem Bruchteil des Wassers auskommen, das im Freilandanbau benötigt wird.
• Schnelleres, gleichmäßigeres Wachstum. Wurzeln erhalten Nährstoffe und Sauerstoff, ohne den Boden danach durchwurzeln zu müssen. Blattgemüse erreicht dadurch oft früher und gleichmäßiger die Erntereife.
• Höherer Ertrag pro Quadratmeter. Enge Pflanzabstände und vertikale Anordnungen wie Regale, Türme und Hydroponik-Wände nutzen die Grundfläche besser aus.
• Standortunabhängigkeit. Kulturen lassen sich auf nicht ackerbaulich nutzbaren Flächen, auf Dächern, in Lagerhallen und in Frachtcontainern nahe am Abnehmer anbauen.
• Weniger bodenbürtige Schädlinge und Unkräuter, wodurch sich der Einsatz von Pestiziden und Herbiziden meist verringert.
• Präzise Steuerung der Nährstoffversorgung, wodurch sich die Qualität von Charge zu Charge besser reproduzieren lässt.

Nachteile und Schwächen der Hydroponik

• Höhere Anfangskosten für Konstruktionen, Rinnen, Pumpen, Steuerungen sowie in Innenräumen für Beleuchtung und Klimaregelung.
• Abhängigkeit von der Stromversorgung. Bei NFT und Aeroponik kann ein Pumpenausfall die Wurzeln innerhalb weniger Stunden unter Stress setzen; eine Notstromversorgung und Alarmfunktionen sind die Investition wert.
• Fachkenntnisse und Überwachung. EC-Wert, pH-Wert und Wassertemperatur müssen regelmäßig kontrolliert werden. Fehler wirken sich auf alle Pflanzen gleichzeitig aus.
• Risiko wasserübertragener Krankheiten. In einem rezirkulierenden System kann sich ein Wurzelpathogen über die gemeinsame Nährlösung schnell ausbreiten.
• Begrenzte Kulturwahl. Flächenintensive Ackerkulturen wie Getreide und die meisten Wurzelkulturen sind in der Hydroponik selten rentabel.

Ist Hydroponik also gesund? Hydroponisch angebautes Gemüse ist hinsichtlich seines Nährwerts weitgehend mit Gemüse aus dem Erdanbau vergleichbar. Die Qualität hängt stärker von Sorte, Licht, Nährstoffmanagement und Frische beim Verkauf ab als davon, ob Erde verwendet wird. Ob hydroponische Erzeugnisse als biologisch zertifiziert werden können, richtet sich nach den Vorschriften des jeweiligen Landes, die unterschiedlich ausfallen.

Wie schneidet Hydroponik im Vergleich zum Anbau in Erde ab?

Was können Sie hydroponisch anbauen?

Fast jede Pflanze lässt sich hydroponisch anbauen. Wirtschaftlich eignen sich jedoch vor allem schnell wachsende, hochwertige Kulturen:

• Blattgemüse: Salat, Spinat, Grünkohl, Pak Choi, Rucola. Diese Kulturen eignen sich für NFT, DWC und vertikale Anbauregale.
• Kräuter: Basilikum, Minze, Koriander, Petersilie, Schnittlauch.
• Fruchtgemüse: Tomaten, Gurken, Paprika und Auberginen, üblicherweise in tropfbewässerten Substratmatten oder Dutch Buckets (Bato-Eimern) im Gewächshaus.
• Erdbeeren: in erhöhten Rinnen, A-Gestellen und vertikalen Systemen.
• Microgreens und Sprossen.
• Hydroponisches Grünfutter: in Schalen gekeimte Gerste oder Weizen als „Hydroponik-Gras“ für die Tierfütterung.
• Blumen und Baumschulgehölze, häufig auf Ebbe-und-Flut-Tischen angezogen.

Obstbäume sind für den hydroponischen Anbau im gewerblichen Maßstab nicht praktikabel. Ein sogenannter Hydroponik-Baum oder „Weltraumbaum“ ist meist ein vertikaler Turm, der viele kleine Pflanzen um eine zentrale Säule herum aufnimmt.

Wie beginnen Sie mit dem hydroponischen Anbau?

Ob Sie ein Hydroponik-Tischset aufstellen oder einen Hydroponik-Betrieb planen – die Schritte sind dieselben:

1. Wählen Sie zuerst die Kultur und den Absatzmarkt. Die Kultur bestimmt das System, die Pflanzabstände und das Klima.
2. Wählen Sie ein zur Kultur passendes System. NFT oder DWC für Blattgemüse, tropfbewässerte Substratkultur für rankendes Fruchtgemüse und Ebbe-und-Flut für die Pflanzenvermehrung.
3. Lassen Sie Ihr Wasser analysieren. EC-Wert, Alkalinität und Natriumgehalt des Ausgangswassers bestimmen Ihre Nährstoffrezeptur und ob Sie eine Filtration oder Umkehrosmose benötigen.
4. Planen Sie Licht und Klima. Gewächshaus- oder Indoor-Anbau, Lüftung, Heizung, Kühlung und Entfeuchtung.
5. Dimensionieren Sie Pumpen und Rohrleitungen für die gesamte Anlage, mit Leistungsreserven und Notstromversorgung.
6. Beginnen Sie klein und dokumentieren Sie alles. Erweitern Sie die Anlage erst, wenn EC-Wert, pH-Wert und Erträge stabil sind.

Gewerbliche Anbauer beziehen Rinnen, Regale und Dosiertechnik üblicherweise von spezialisierten Hydroponik-Unternehmen, statt Anlagen aus Baumarktteilen selbst zu bauen. Denn im großen Maßstab sind lebensmittelgeeignete Materialien, korrekte Gefälle und UV-Beständigkeit entscheidend. Unser Sortiment an Hydroponik-Rinnen, Anbautischen und Substraten deckt NFT-, DWC-, Dutch-Bucket- und Anstausysteme ab. Ein maßgeschneidertes PLC-Hydroponik-System ergänzt die automatische Dosierung und Steuerung. Für die vollständig innenraumbasierte Produktion vereint eine hydroponische vertikale Pflanzenfabrik für Blattgemüse Regale, Beleuchtung und Klimaregelung.

Mars Vertical Farm verfügt über 20+ Jahre Produktionserfahrung in der Herstellung von Hydroponik-Ausrüstung in Shanghai und exportiert an Anbauer weltweit. Wenn Sie ein Projekt planen, teilen Sie uns Ihre Kultur, die Standortgröße und Ihre angestrebte Produktionsmenge mit. Unsere Ingenieure schlagen Ihnen daraufhin ein Anlagenlayout vor und erstellen ein Angebot.

Quellen

• Nationale Agrarbibliothek des USDA: Hydroponik
• Penn State Extension: Hydroponik-Systeme und Grundlagen der Pflanzenernährung
• University of Illinois Extension: Informationsblätter zur Hydroponik