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Hydrokultur und Hydroponik, Hydroponik, NFT

Hydrokultur und Hydroponik – Ratgeber zur ökologischen Wasserkultur

Hydrokultur und Hydroponik beschäftigen Aquarien- und Teichbesitzer ebenso wie Zimmerpflanzenliebhaber. Darüber hinaus spielen beide Konzepte heutzutage auch in der Nutzpflanzenkultur eine wichtige Rolle. Allerdings sind für die richtige Anwendung beider Kulturkonzepte einige Vorkenntnisse nötig und manche Methoden eignen sich für bestimmte Pflanzenzuchten besser als andere.

 

Besonderheiten der Wasserkultur von Pflanzen

Entgegen weitläufiger Meinung lassen sich in der Hydrokultur und Hydroponik nicht nur Wasserpflanzen kultivieren. Tatsächlich eignen sich die Verfahren auch für einen Großteil von Zimmerpflanzen, Kräuterpflanzen und Gemüsestauden. Darüber hinaus erfolgt auch die Anzucht vieler Pflanzen in Wasser, die hier besonders schnell Wurzeln treiben.

Grundsätzlich findet die Wasserkultur von Pflanzen außerhalb eines herkömmlichen Bodensubstrates in Form von Erde statt. Die Pflanzen werden stattdessen in Wasser bzw. einer Nährlösung kultiviert, wobei die Wurzeln vollständig von Wasser umgeben sind. Die hydrologische Pflanzenkultur lässt sich diesbezüglich im weiteren Sinne als eigenständiges Bewässerungssystem für Pflanzen bezeichnen und kann zahlreiche Vorteile haben.

 

Unterschied zwischen Hydrokultur und Hydroponik 

Die Begriffe Hydrokultur und Hydroponik werden in der Praxis gerne synonym füreinander gebraucht. Im Großen und Ganzen sind sie sich auch sehr ähnlich. Unterschiede bestehen aber im genauen Aufbau der Systeme sowie im vorrangigen Anwendungsbereich:

  • Hydrokultur: Abgeleitet von dem altgriechischen Wort hydro für „Wasser“ und dem lateinischen Wort cultura für „Anbau“ bezeichnet die Hydrokultur die Kultur von Pflanzen in Wasser. Jedoch ist das Wasser hier nicht vollständig frei von Substrat. Im Bodenbereich werden in der Regel grobkörnige Mineralgranulate wie Bimsstein oder Tongranulat eingesetzt, die dann quasi dauerhaft von Wasser umspült werden. Gängig ist die Hydrokultur dabei vor allem für Zimmerpflanzen und Aquarienpflanzen.
  • Hydroponik: Das „-ponik“ in Hydroponik leitet sich von dem griechischen wort pónos für „Arbeit“ ab. Der Begriff bedeutet übersetzt also Wasserarbeit und tatsächlich ist Hydroponik mit etwas mehr Aufwand verbunden als die einfache Hydrokultur. Das zur Kultur genutzte Wasser ist durch Zusatz wichtiger Pflanzennährstoffe zu einer Nährlösung optimiert, die regelmäßig angereichert bzw. rückgewonnen werden muss. Vornehmlich verwendet wird die Hydroponik dabei in der Nutzpflanzenkultur.

In vielen modernen Systemen sind Elemente der Hydrokultur und Hydroponik kombiniert, was die genaue Abgrenzung schwierig macht. Aus diesem Grund wird Hydrokultur heute häufig als Oberbegriff für Methoden der Wasserkultur verwendet und Hydroponik als eine Sonderform davon angesehen.

 

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Moderne Kombination aus Hydrokultur und Hydroponik in der kommerziellen Pflanzenkultur

Hydrokultur und Hydroponik bieten einige Vorteile

Vorteilhaft an Hydrokultur und Hydroponik ist zunächst einmal, dass es bei in Wasser kultivierten Pflanzen kaum zum Schädlingsbefall kommt. Die Schädlinge nisten sich üblicherweise in feinkörnigem Pflanzsubstrat ein. In Wasser können sie dagegen nicht überleben und meiden es dementsprechend. Und auch Unkraut bleibt den Hydro-Pflanzen fern.

Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die effiziente Wassernutzung. Häufige Gießgänge erübrigen sich bei Hydrokultur und Hydroponik vollständig. Das dürfte vor allem für Personen interessant sein, die viel auf Reisen sind, denn hydrologische Systeme können Pflanzen für mehrere Wochen eigenständig mit Wasser versorgen. Zudem lässt sich das Wasser hier oft durch geeignete Auffang- und Filterbehältnisse rückgewinnen und wiederverwenden. Der Wasserverlust aufgrund von Kondensation ist bei der Wasserkultur relativ gering.

 

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Effizientere Wassernutzung dank hydrologischer Pflanzenkultur: Als Bewässerungssysteme sind Hydrokulturen besonders nachhaltig und wassersparend

Geschichte der Hydrokultur und Hydroponik

Hydrokultur als Methode zur Wasserkultur von Pflanzen ist älter als es zunächst den Anschein hat. Ihre Geschichte lässt sich bis in die Antike zurückverfolgen, wobei sich in unterschiedlichen Regionen der Welt individuelle Konzepte entwickelten.

 

Wasserkultur in den Hängenden Gärten

Erste archäologische Funde zur Wasserkultur reichen bis in die Zeit des antiken Reiches von Babylon um 600 v. Chr. zurück. Hier wurden in den legendären Hängenden Gärten der Semiramis erstmals Pflanzen in Wasser kultiviert. Die Methode erleichterte offenbar die Pflanzenkultur auf den abgestuften, etagenförmigen Terrassen der Hängenden Gärten.

In diesem Zusammenhang sei auch die Archimedische Schraube zum erleichterten Transport von Wasser über große Höhen erwähnt. Ihre Erfindung wurde früher namensgemäß meist dem griechischen Mathematiker und Techniker Archimedes von Syrakus zugeschrieben. Jedoch vertreten zahlreiche Archäologen inzwischen die Theorie, dass erste Archimedische Schrauben ursprünglich aus Mesopotamien stammen und auch in den Hängenden Gärten zum Einsatz kamen. Ersterbauer soll demnach der assyrische König Sennacherib gewesen sein.

 

Ökologische Hydrokultur in schwimmenden Gärten

Im Jahre 1275 n. Chr. entdeckte Marco Polo in China das Hydrokultur-Konzept der schwimmenden Gärten. Diese sind in Asien bis heute weit verbreitet und ähnlich wie die schwimmenden Märkte auf dem Mehkong eine berühmte Sehenswürdigkeit. Realisiert wurden entsprechende Konzepte unter anderem auf dem Inle-See von Myanmar, der als Bergsee in gut 3.000 m Höhe thront. Und auch in Bangladesch und Japan sind schwimmende Gärten keine Seltenheit.

 

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Hydrokultur in 3.000 m Höhe: Auf dem Inle-See in Myanmar wird seit Jahrhunderten natürliche Nutzpflanzenkultur in Wasser betrieben

In Xochimilco, einem Stadtbezirk von Mexiko-Stadt, kann man wiederum die Chinampas bewundern. Es handelt sich hierbei um ein landwirtschaftliches Kultursystem der alten Azteken, bei dem Flechtwerk aus Schilf im Uferbereich eines Sees an lange Holzpfähle gebunden und anschließend mit nährstoffreichem Schlamm befüllt wurde. So erklärt sich auch der Name Chinapma, der aus der Nahua-Sprache Nahuatl übersetzt „Zaun aus Rohrschilf“ bedeutet.

Das Chinampa-System erlaubte bis zu vier Ernten pro Jahr in einer Zeit, als die aztekische Bevölkerung im Raum von Mexico-Stadt zahlenmäßig stark anstieg. Dementsprechend musste auch die Lebensmittelproduktion entsprechend erhöht werden. Angebaut wurden dabei unter anderem Avocado, Bohnen, Chilis, Guaven, Mais, Süßkartoffeln und Tomaten. Heute erfahren Chinampas ein wahres Revival, das sogar zur Wiederherstellung austrocknender Mangrovenwäler in El Salvador.

Die schwimmenden Gärten von Japan und Bangladesch wurden in der Vergangenheit von der Food and Agricultural Society der UNO zum Landwirtschaftlichen Welterbe nominiert. Die mexikanischen Chinampas zählen gar zum Weltkulturerbe der UNESCO. In der Moderne finden schwimmende Gärten als Zukunftsmodell für eine nachhaltige Landwirtschaft inzwischen ebenfalls wieder mehr Beachtung und haben sich in manchen Regionen bereits etabliert.

 

Moderne Hydroponik

Ab dem 17. Jahrhundert kam es vermehrt zur Entwicklung zeitgemäßer Konzepte für die Hydrokultur. Erstmals schriftlich erwähnt wurde die Hydrokultur dabei von Francis Bacon in seiner 1627 postum erschienenen Publikation Sylva Sylvarum – A Natural History. Ein paar Jahrzehnte später veröffentlichte John Woodward 1699 Aufzeichnungen zu seinen hydroponischen Experimenten mit grüner Minze.

Dass sich gerade Minze gut für die Hydrokultur eignet, ist dabei nicht verwunderlich. Vor allem die Wasserminze ist als Sumpfpflanze sehr an staunasse Böden gewöhnt, wobei Minzen insgesamt in Wasser sehr schnell austreiben.

Wissenswertes: Die weltberühmte Pfefferminze ist im Übrigen eine Kreuzung aus grüner Minze und Wasserminze.

 

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Von Natur aus wasserliebend: Kräuterarten wie die Wasserminze (Mentha aquatica) wachsen an ihren Naturstandorten stets in Nähe von Wasser und sind daher auch wunderbar für die Hydrokultur geeignet

Die weitere Geschichte der Hydroponik ist eng mit der Entwicklung wasserlöslicher Düngemittel sowie der Kommerzialisierung der Nutzpflanzenkultur verbunden. Bereits Woodward hatte entdeckt, dass Pflanzen Mineralstoffe mithilfe von Wasser aus dem Boden lösen. 1860 entwickelten Julius Sachs und Wilhelm Knop schließlich den ersten wasserlöslichen Dünger.

Ab 1930 beschäftigte sich William Frederick Gericke gezielt mit der kommerziellen Wasserkultur von Nutzpflanzen. Hierzu führte er 1937 auf Empfehlung des Phykologen W. A. Setchell den Begriff der Hydroponik ein und veröffentlichte dazu 1940 sein Buch The Complete Guide to Soilless Gardening. Eines der ersten hydroponischen Systeme, das auf Gerickes Konzept basierte, entstand wenige Jahre später während der 1940er in den Truppenstützpunkten der US-Armee auf den pazifischen Inseln. Und weitere sollten folgen.

 

Hydroponik – Anwendung und Methoden

Der Anteil an hydroponischen Systemen in der Lebensmitelproduktion, aber auch in der privaten Nutzpflanzenkultur wächst stetig. Die Wachstumstrate für 2023 betrug rund 6,5 Prozent, wobei der hydroponische Markt insgesamt auf etwa 21 Mrd. Doller geschätzt wird. Die flächenmäßig größte Hydroponik-Farm stellt dabei mit einer Kulturfläche von etwa 6.500 m² die im US-amerikanischen Newark befindliche AeroFarm.

 

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Hydroponische Kulturen so weit das Auge reicht: Die Hydroponik hat die Erwerbspflanzenkultur längst erobert

Grundlagen der Hydroponik

Das Konzept von Hydroponik-Systemen ist eigentlich recht einfach. Gebraucht werden im Grunde nur vier Zutaten:

  • Wasser: Die Pflanzenwurzeln werden über eine dafür vorgesehene Halterung (z.B. ein Gitter oder ein verengter Behälterhals) dauerhaft ins Wasser eingetaucht.
  • Nährstoffe: Das Wasser ist mit Nährstoffen versetzt, die für das Pflanzenwachstum wichtig sind. Dafür kann man entweder spezielle Hydroponik-Dünger kaufen oder aber den Dünger selber machen.
  • Sauerstoff: Sauerstoff wird den Pflanzen in der Hydroponik durch Bereitstellung frischen, sauerstoffreichen Wassers oder durch Sauerstoffschläuche zugeführt.
  • Licht: Ohne Licht gibt es bekanntlich keine Photosynthese und folglich auch kein gesunder Pflanzenstoffwechsel. Ein lichtreicher Standort ist bei kleinen Hydro-Kulturen aber meist ausreichend. Wer dagegen nicht genügend lichtreiche Indoor-Standorte zur Verfügung hat oder es mit sehr anspruchsvollen Pflanzen aufnimmt, kann natürlich auch Beleuchtungsanlagen nutzen.

 

Aktive und passive Hydroponik-Systeme

Grundsätzlich lassen sich zur Hydrokultur diverse Wasserbehälter nutzen, in denen sich die Nährlösung für die Pflanzenwurzeln befindet. Denkbar sind zum Beispiel Eimer, Flaschen, Vasen, Röhrchen oder Wannen. Wie die Pflanzen letztendlich an besagte Zutaten gelangen, ist je nach Hydroponik-System anders. Dabei lässt sich zwischen zwei Methoden unterscheiden:

  • Aktive Hydroponik-Systeme: Im aktiven Hydroponik-System werden Elemente wie Beleuchtungsanlagen, Sauerstoff- und Wasserpumpen und Beleuchtungsanlagen durch geeignete Messinstrumente überwacht. Diese sind strombetrieben und führen ggf. auch Änderungen an bestimmten Versorgungsleitungen durch, wenn erforderlich.
  • Passive Hydroponik-Systeme: Hier überlässt man die Pflanzen weitestgehend sich selbst. Bis auf das gelegentliche Austauschen von Wasser erfolgen keine weiteren Maßnahmen und strombetriebene Instrumente werden nicht benötigt.

 

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Für die Hydroponik unerlässlich: Eine geeignete hydroponische Anlage

Hydrokultur- und Hydroponik-Systeme im Überblick

Es gibt insgesamt sechs verschiedene Hydro-Systeme, von denen jedes seine individuellen Eigenschaften und Vorzüge besitzt. Einige sind dabei für bestimmte Anwendungsgebiete sinnvoller als andere.

 

Aeroponik-System

Das mit Abstand modernste System zur Hydroponik-Kultur ist die Aeroponik. Es handelt sich um ein aktives, also strombetriebenes System, bei dem die Wurzeln der Pflanzen nicht mehr in Wasser, sondern in der Luft hängen und über feine Sprühdüsen mit einer Nährlösung aus Wasser und Nährstoffen besprüht werden.

Ein großer Vorteil des Aeroponik-Systems ist natürlich die optimale Versorgung der Wurzeln mit Wasser, Nährstoffen und Sauerstoffen. Das sorgt bei Nutzpflanzen für einen hohen Ertrag und bei Zierpflanzen für ein üppiges und schnelles Wachstum.

Für die private Hydro-Kultur ist dieses Verfahren eher weniger geeignet, da es vergleichsweise kostenintensiv und aufwendig ist. Es wird daher primär in der kommerziellen Pflanzenkultur eingesetzt.

 

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Wichtig: Die Wurzeln von Pflanzen werden nicht in jedem hydroponischen System gleichermaßen gut mit Feuchtigkeit und Nährstoffen versorgt

Dochtsystem

Wesentlich besser für Privatkulturen geeignet als das Aeroponik-System ist das Dochtsystem. Es gilt als eines der ältesten Systeme zur Hydrokultur und wurde bereits vor Jahrtausenden genutzt. Auch als Wick-System bekannt, werden Pflanzen hier in einen Netztopf mit Granulat gesetzt, in den ein Docht eingelassen ist. Dieser wird in ein darunter liegendes Wasserreservoir gehängt, aus dem dann Wasser und Nährstoffe in die Pflanzenwurzeln aufsteigen.

Vorteilig am Dochtsystem ist vor allem, dass es als passives System relativ preiswert ist. Als Netztopf lässt sich im Grunde jeder Pflanztopf mit Löchern im Boden nutzen. Als Behälter für die Nährlösung kommen Eimer oder größere Becher in Frage.

Es sei jedoch erwähnt, dass die Nährstoffversorgung bei diesem Hydrokultur-System nicht optimal ist. Die Pflanzen wachsen daher langsamer und haben einen geringeren Ertrag. Auch bietet sich das Dochtsystem eher für Blattschmuckpflanzen und Blattkräuter an, die keinen hohen Wasserbedarf haben. Sehr durstigen Gewächsen bietet das System möglicherweise nicht die beste Wasserversorgung.

 

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Tipp: Netzkörbe, Netztöpfe oder auch Pflanzkörbe, wie sie für Teichpflanzen verwendet werden, sind ideal zur Hydrokultur

Ebbe-und-Flut-System

Dieses Hydrokultur-System ahmt Ebbe und Flut nach. Die Pflanzenwurzeln werden in regelmäßigen Abständen mit Nährlösung umspült, wobei wiederkehrende Intervalle für eine ausbalancierte Nährstoffversorgung und Bewässerung der Pflanze sorgen.

Die Pflanzen selbst befinden sich beim Ebbe-und-Flut-System in einem vollständig mit Substrat befüllten Pflanzbehälter, unter dem sich ein Wasserreservoir befindet. Aus diesem wird die Nährlösung mittels Wasserpumpe in den Pflanzbehälter geleitet. Geeignet sind für dieses Versorgungssystem sowohl Zimmerpflanzen als auch Gemüsestauden und Kräuter.

Es handelt sich also um ein aktives System, das neben einer strombetriebenen Wasserpumpe auch eine Zeitschaltuhr zur Generierung von Ebbe und Flut besitzt. Von Vorteil ist natürlich, dass die Pflanzen zu einer festen Zeit im regelmäßigen Turnus automatisch bewässert werden. Allerdings ist das System auch kostspieliger als passive Systeme und für Anfänger eher weniger geeignet.

 

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Ebbe-und-Flut-Systeme, ebenso wie NFT werden in der Hydroponik gerne für Etagen-Kulturen genutzt

Nährstoff-Film-Technik (NFT)

Ein weiteres, sehr fortschrittliches Hydroponik-System. Die Nährstoff-Film-Technik (Nutrient Film Technique), kurz NFT ist das Aushängeschild der modernen kommerziellen Hydroponik und wird oft in Form weitläufiger Pflanzenregale dargestellt, in denen einzelne Pflanzen in Röhren oder Kästen wachsen. Die Wurzeln ragen aus dem Topfboden in einen darunterliegenden Behälter für den Nährstoff-Film. Granulate und Substrate sind optional.

Charakteristisch für das NFT-System ist, dass die Wurzeln der Pflanzen über einen dünnen Film aus Nährlösung versorgt werden, der an den Pflanzenwurzeln entlang fließt. Der sparsame Einsatz von Nährlösung macht das System sehr effizient, wobei überschüssige Lösung über eine Wasserpumpe wieder zurückgepumpt und wiederverwendet wird.

NFT wird insbesondere für die Anzucht von Salatpflanzen und Kräutern gerne verwendet. Insgesamt empfiehlt sich das System eher für leichte und kleine Pflanzen. Bei großen Pflanzen könnte die minimalistische Versorgung mit Nährlösung über einen Nährstoff-Film unzureichend sein.

 

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Offenes NFT-System zur Anzucht von Setzlingen

Tiefwasser-Kultur (DWC)

Die Tiefwasser-Kultur oder DWC (von Deep Water Culture) gilt als eine der beliebtesten Hydroponik-Systeme in der Zimmerpflanzenkultur. Die Pflanzenwurzeln hängen nach klassischem Vorbild frei im Wasser, wobei sich neben Netztöpfen auch Vasen mit einem verengten Hals für die DWC nutzen lassen. Ein gutes Beispiel hierfür ist die Hydrokultur von Hyazinthen und anderen Zwiebelblumen.

Der Aufbau von Behältern zur Tiefwasser-Kultur ist recht einfach. Außer einem Pflanzenbehälter (mit oder ohne Substrat) und einem Wasserreservoir werden für diese passive Methode gemeinhin keine weiteren Utensilien benötigt. Allenfalls ein Deckel, der die Nährlösung des Reservoirs vor Verunreinigung schützt und durch ein in der Deckelmitte befindliches Loch eine praktische Halterung für den Pflanzbehälter bietet, ist ergänzend sinnvoll.

Geeignet ist DWC sowohl für Nutzpflanzen wie Blattgemüse oder Fruchtgemüse als auch für Zier- und Zimmerpflanzen. Allerdings sollten die Pflanzen keinen hohen Sauerstoffbedarf haben, denn durch den passiven Betrieb kann es bei der Tiefwasser-Kultur zeitweise zu Sauerstoffmangel in der Nährlösung kommen. Auch ein erhöhtes Risiko von Algenwachstum und Wurzelfäule ist bei der DWC gegeben, wenn das Wasser nicht rechtzeitig ausgetauscht wird.

 

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Klassische Tiefwasser-Kultur bei Hyazinthen

Tropfsystem

Das Tropfsystem stammt ursprünglich aus Israel und dürfte den meisten als unkompliziertes Bewässerungssystem während der Urlaubszeit bzw. in der Zimmerpflanzenkultur bekannt sein. Die Nährlösung wird hier namensgemäß tröpfchenweise an die Pflanzen abgegeben, wobei die Bewässerungsintervalle ggf. durch Zeitschaltuhren an den Wasser- und Nährstoffbedarf der Pflanze anpasst sind.

Die Tröpfchenbewässerung erfordert die Anbringung eines Schlauches, der von einem Wasserbehälter aus über den Netztopf führt. Es gibt strombetriebene, elektronische und auf passiver Basis über den Wasserdruck gepumpte Modelle, die insbesondere in trockenen Ländern zur sparsamen und minimalistischen Bewässerung von Pflanzen genutzt werden.

In der Hydrokultur wird das Tropfsystem für seine gute Dosierbarkeit der Nährlösung geschätzt. Es ist ähnlich effizient wie die NFT, im Vergleich zu dieser aber etwas preiswerter. Geeignet ist das System für alle Pflanzen. Allerdings ist bei der Feineinstellung der Tropfleitungen etwas Fingerspitzengefühl gefragt. Das insbesondere, wenn es sich um ein Modell handelt, das ausschließlich über Druckunterschiede in den Leitungen betrieben wird.

 

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Das Tropfsystem ist an die Tröpfchenbewässerung im Garten angelehnt

NFT oder DWC – Was ist besser?

NFT und DWC stellen mit Abstand die beliebtesten Systeme in der Hydroponik dar. Dabei wird oft die Frage gestellt, welches der beiden Systeme das bessere ist. Ganz eindeutig lässt sich das nicht immer beantworten, denn die Entscheidung hängt von mehreren Faktoren ab.

Zunächst einmal ist zu bedenken, dass es sich bei NFT und DWC um zwei unterschiedliche Systemarten handelt. Während NFT ein aktives Hydroponik-System stellt, ist DWCein passives Hydroponik-System. Dabei gestaltet sich der Wartungs- und Reinigungsaufwand beim DWC-System definitiv umfangreicher, aber auch einfacher.

NFT-Systeme müssen dagegen zwar seltener gewartet werden, dafür kann ein Ausfall des strombetriebenen Systems ohne regelmäßige Überprüfung aber schnell zum volständigen Verlust von Pflanzenkulturen führen. Denn wenn der dünne Nährstoff-Film nicht mehr fließt, trocknen die Wurzeln relativ rasch aus. Nicht zu vergessen ist auch der Stromverbrauch des NFT, welcher das System weniger nachhaltig macht als DWC.

Die Wasser- und Nährstoffversorgung ist bei DWC also wesentlich besser. Das kann insbesondere bei Fruchtgemüse auch einen höheren Ernteertrag bedeuten. Außerdem verzeihen Pflanzen bei diesem System anfängliche Betriebsfehler eher, weshalb es auch für Anfänger gut geeignet ist.

 

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NFT-Systeme sind besser für kleine Setzlinge und Pflanzen mit niedrigem Wasserbedarf geeignet, wohingegen DWC-Systeme auch wasserhungrige Großpflanzen gut versorgen

 

Fazit

Hydrokultur und Hydroponik sind zukunftsfähige Konzepte zur Pflanzenkultur, die in vielen Fällen nicht nur nachhaltiger, sondern auch effizienter sind als herkömmliche Kulturverfahren. Neben der erwerbsmäßigen Pflanzenkultur eignen sich dabei viele Systeme auch für die Privatkultur von Pflanzen. Zu bevorzugen sind grundsätzlich Varianten, die an den Pflanzenbestand, die Platzverhältnisse vor Ort und die individuellen Bedürfnisse zu versorgender Pflanzen angepasst sind.

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