Warum Wurzeln im Wasser Luft brauchen: Luftpumpe und Sprudelstein

Wurzeln leben und atmen, dafür brauchen sie Sauerstoff. In Erde gelangt er durch luftgefüllte Poren an die Wurzeln. In vielen Hydrokultursystemen kommt er dagegen vor allem gelöst in der Nährlösung, die sich an den Wurzeln vorbeibewegt (Sutton und Kollegen 2006). Diesen Anteil nennt man gelösten Sauerstoff. Er wird in Milligramm pro Liter (mg/l) angegeben, oft auch als ppm, was hier dasselbe meint (Cornell University 2013). Fehlt Sauerstoff an den Wurzeln, nehmen Pflanzen Schaden, und das ließ sich auch mit sauerstoffarmer Nährlösung zeigen (Morard und Silvestre 1996). Wird einem Salatbecken kein Sauerstoff zugeführt, fällt der Wert laut Cornell auf nahe 0 mg/l. Ohne Sauerstoff kommt die Atmung der Wurzeln zum Stillstand, die Pflanze wird schwer geschädigt und stirbt (Cornell University 2013).

Wasser kann nur eine begrenzte Menge Sauerstoff aufnehmen, und kaltes Wasser hält mehr als warmes (USGS). Mit den Löslichkeitsformeln der US-Behörde USGS haben wir für reines Wasser bei Normaldruck nachgerechnet: Gesättigt sind es bei 15 °C etwa 10,1 mg/l, bei 18 °C 9,5, bei 20 °C 9,1, bei 25 °C 8,3 und bei 26 °C 8,1 mg/l (eigene Rechnung nach USGS 2011). Das passt zu den Angaben der Fachliteratur: 8,4 mg/l bei 24 °C (Goto und Kollegen 1996) und etwa 9 auf 7 mg/l, wenn die Temperatur von 20 auf 35 °C steigt (Sutton und Kollegen 2006). Ein Beispiel: In einen 20-Liter-Eimer passen bei 18 °C höchstens rund 189 mg Sauerstoff (9,47 mg/l × 20 l), bei 26 °C nur rund 162 mg (8,11 mg/l × 20 l), also etwa 14 % weniger. Gelöster Dünger senkt den Wert bei EC 1 bis 2 mS/cm nach unserer groben Abschätzung nur um weniger als 1 %. Bei niedrigerem Luftdruck sinkt er etwas, bei 950 statt 1013 mbar um etwa 6 % (eigene Rechnung nach USGS 2011).

Warmes Wasser ist für die Wurzeln doppelt ungünstig: Es hält weniger Sauerstoff, und gleichzeitig brauchen Wurzeln und Kleinstlebewesen im Wurzelraum bei steigender Temperatur deutlich mehr davon (Sutton und Kollegen 2006). Dazu kommt Wurzelfäule. Ein wichtiger Erreger in Hydrokultur ist Pythium, ein Eipilz, der lange zu den Pilzen gezählt wurde (Sutton und Kollegen 2006). Pythium ist praktisch überall, befällt vor allem Wurzelspitzen, die durch Sauerstoffmangel oder einen hohen EC-Wert geschädigt sind, und bildet Sporen, die im Wasser schwimmen. Befallene Wurzeln werden weich und honigbraun (e-GRO, Williams-Woodward 2022). Wenig Sauerstoff und warmes Wasser verstärken die Probleme mit Pythium (e-GRO 2022), und allgemein nimmt Wurzelfäule bei wenig Sauerstoff zu (Sutton und Kollegen 2006). In einer Untersuchung in Salatbetrieben mit Hydrokultur trat Wurzelkrankheit nur in der warmen Jahreszeit bei 20 bis 30,5 °C Lösungstemperatur auf, nicht in der kühlen bei 13,5 bis 18 °C. Im Versuch löste ein Isolat aus der Pythium-Gruppe F, allein oder zusammen mit einem Phytophthora-Erreger, bei 24 bis 27 °C Wurzelfäule aus, bei 16 bis 17 °C nicht (Alhussaen 2006). Für Salat nennt Cornell als Sollwert höchstens 25 °C Wassertemperatur, gekühlt wird ab 26 °C, geheizt ab 24 °C (Cornell University 2013). e-GRO hält 20 bis 22 °C für Salat und Spinat für optimal. Belüftung und kühleres Wasser können Pythium laut e-GRO bremsen, eine Garantie sind sie nicht. Es gibt auch Ausnahmen: Bei Spinat richtete eine Pythium-Art laut einem Bericht im Winter bei kühler Nährlösung sogar mehr Schaden an (Sutton und Kollegen 2006). Dass ganz kaltes Wasser am besten wäre, haben wir nicht belegt gefunden.

Wie viel gelöster Sauerstoff genug ist, ist umstritten, und fast alle Zahlen stammen aus Versuchen mit Salat. Cornell empfiehlt für Salat mehr als 4 mg/l, sichtbarer Stress könne ab 3 mg/l auftreten. Als Sollwert nennt das Handbuch 7 mg/l, unter 3 mg/l drohe der Ausfall (Cornell University 2013), ein Cornell-Beitrag nennt 7 bis 8 mg/l (Mattson 2016). Eine Übersicht berichtet, Gärtnern werde ein Minimum von 5 mg/l empfohlen (Sutton und Kollegen 2006). e-GRO rät wegen Pythium zur vollen Sättigung und setzt sie mit 8 mg/l an (Williams-Woodward 2022). Dem steht ein Versuch derselben Cornell-Arbeitsgruppe gegenüber: Bei 24 °C wuchs Salat 24 Tage lang mit 2,1, 4,2, 8,4 und 16,8 mg/l gleich gut, ohne Wurzelschäden, der kritische Wert lag unter 2,1 mg/l (Goto und Kollegen 1996). Eine mögliche Erklärung: Ohne Krankheitserreger kommt Salat mit wenig Sauerstoff aus, mit Erregern wird es riskanter. Das ist unsere Deutung, kein Befund einer Studie. Mehr Sauerstoff heißt auch nicht automatisch mehr Wachstum, Cornell sah keinen Vorteil bei 20 statt 8 mg/l (Cornell University 2013). Für Basilikum oder Tomate in Nährlösung haben wir keine belegten Werte gefunden.

Stehen die Wurzeln in Wasser, das sich kaum bewegt und wenig mit der Luft austauscht, wie in der Tiefwasserkultur (englisch Deep Water Culture, DWC), braucht es Belüftung, zum Beispiel mit Luftpumpe und Sprudelstein (Oregon State University 2025). Auch Cornell nennt für kleine Anlagen Luftpumpe und Aquarien-Sprudelstein, damit erreiche man aber nicht so hohe Werte wie mit reinem Sauerstoff (Cornell University 2013). Denn mit Luft geht es höchstens bis zur Sättigung, also bis zu der Menge, die bei der jeweiligen Temperatur hineinpasst (Goto und Kollegen 1996). Ist das Wasser gesättigt, bringt auch mehr Sprudeln keinen Sauerstoff mehr hinein (SRAC, Tucker 2005). Wie der Sauerstoff ins Wasser kommt, ist vor allem für Fischteiche untersucht: Er geht dort über, wo Luft und Wasser sich berühren. Belüfter vergrößern diese Fläche mit Blasen und wirbeln das Wasser durch, sodass immer wieder sauerstoffärmeres Wasser an die Luft kommt. Kleinere Blasen übertragen mehr Sauerstoff, in flachen Teichen (etwa 1 m tief) steigen Blasen aber so schnell auf, dass Ausströmer wenig effizient arbeiten (SRAC, Tucker 2005; University of Kentucky). Wie viel Sauerstoff in einem Eimer über die Blasen und wie viel über die bewegte Oberfläche eintritt, dazu haben wir keine Messung gefunden. Die Übertragung von Teichen auf Eimer und Tank ist unsere Folgerung. Für Hydrokultur belegt ist: Gase gelangen vor allem mit der bewegten Lösung an die Wurzeln (Sutton und Kollegen 2006).

Nicht jede Hydrokultur braucht eine Luftpumpe. Bei der Kratky-Methode, beschrieben von B. A. Kratky (University of Hawaii), sitzt die Pflanze in einem Netztopf über einem abgedeckten Gefäß mit Nährlösung, die nicht umgewälzt wird. Anfangs taucht nur der untere Teil des Topfes ein. Während die Pflanze wächst und trinkt, sinkt der Wasserstand, und darüber entsteht ein wachsender Raum mit feuchter Luft. Die Wurzeln dort gelten als Sauerstoffwurzeln, deren Hauptaufgabe die Belüftung ist. Strom und Pumpen sind nicht nötig (Kratky 2009). Der Wasserstand darf gleich bleiben oder sinken, aber nicht wieder angehoben werden, sonst können die Pflanzen „ertrinken" (Kratky 2009). Ist die Pflanze so weit, dass ihre oberen Wurzeln in der Luftschicht liegen, kann schon ein Anheben um mehr als 2 cm schaden (Kratky 2004). Wir haben nur Kratkys eigene Arbeiten gelesen, vor allem mit Salat. Auch Eimer mit Perlite und Tropfbewässerung brauchen laut Oregon State keine zusätzliche Belüftung (Oregon State University 2025, Hydro hints: Buckets).

Für den Tank gilt: Wasseroberfläche lichtundurchlässig abdecken, das bremst Verdunstung und Algen (Oregon State University 2025, Kratky 2009). Algen können außerdem Uferfliegen und Trauermücken beherbergen, die Sporen von Wurzelerregern verbreiten (e-GRO 2022). Mehr dazu unter Algen im Tank. Ein großes Wasservolumen puffert Temperaturschwankungen ab (Oregon State University 2025). Zur Luftpumpe selbst gibt es vor allem Herstellerangaben: In den Luftschlauch gehört ein Rückschlagventil, damit kein Wasser in die Pumpe zurückläuft, wenn sie aus ist (JBL, AutoPot). JBL rät, die Pumpe nicht auf oder über das Becken zu stellen, damit sie nicht ins Wasser fallen kann, AutoPot nennt das Höherstellen der Pumpe als Alternative zum Ventil. Überlange Schläuche können laut JBL die Leistung mindern, und Ausströmersteine verstopfen mit der Zeit durch Kalk (Herstellerangaben). In der Tiefwasserkultur lässt du die Pumpe durchlaufen. Eine Quelle, die ausdrücklich 24 Stunden vorschreibt, haben wir nicht gefunden, wir folgern es aus Cornell (Sauerstoff fällt ohne Zufuhr auf nahe 0 mg/l) und Oregon State (DWC braucht Belüftung). Rechenbeispiel: Eine kleine Membranpumpe mit 3 W (Leistungsangabe von JBL für eine Aquarien-Luftpumpe) braucht im Dauerbetrieb 3 W × 24 h = 72 Wh am Tag, rund 26 kWh im Jahr. Was das kostet, zeigt der Stromkosten-Rechner. AutoPots Rat, nur während der Lichtphase zu belüften, gilt für die Belüftung des Substrats mit dem AirDome, nicht für Wurzeln im Wasser (Herstellerangabe).