Aeroponisches und NFT-Systemoptimierung für Salat: Auswirkungen von Durchflussrate und Nährstoffquelle auf Wasser- und Nährstoffeffizienz, Wachstum und Rentabilität

Mehr Lebensmittel mit weniger Wasser anbauen

Während Städte wachsen und Klimata heißer und trockener werden, stehen Landwirtinnen und Landwirte unter Druck, mehr Lebensmittel mit deutlich weniger Wasser zu produzieren. Diese Studie untersucht den kulturlosen Anbau von Salat in kontrollierten Wassersystemen in einem Gewächshaus. Durch den Vergleich zweier gängiger substratfreier Systeme und zweier Nährstoffquellen zeigen die Forschenden, wie sich Wasser sparen, Erträge steigern und sogar mehr Gewinn pro Pflanze erzielen lässt – Erkenntnisse, die für alle relevant sind, die sich um die zukünftige Ernährungssicherheit sorgen.

Landwirtschaft ohne Erde

Statt Feldern mit Erde nutzte das Team zwei wasserbasierte Systeme: die Nutrient Film Technique (NFT) und eine aeroponische Anlage. Bei NFT stehen die Salatpflanzen in langen Rohren, während ein dünner Film nährstoffreichen Wassers an den Wurzeln vorbeifließt. In der Aeroponik hängen die Pflanzen über einem geschlossenen Tank, und die Wurzeln baumeln in der Luft, wo sie regelmäßig mit einem feinen Nährstoffnebel besprüht werden. Beide Systeme führen das Wasser im Kreislauf, wodurch sich der Verbrauch im Vergleich zu herkömmlicher Bewässerung deutlich reduziert. Die Experimente fanden in einem unbeheizten Kunststoffgewächshaus in Ägypten statt; verwendet wurde Eisbergsalat, der in etwa 55 Tagen vom Keim bis zur Ernte gezogen wurde.

Brunnen und Fische als Pflanzenfutter nutzen

Die Studie verglich zudem zwei Nährstoffquellen. Die eine war ein klassisches chemisches Gemisch, gelöst in Brunnenwasser, basierend auf einem in vielen Hydroponikbetrieben verbreiteten Rezept. Die andere war Abwasser aus einem geschlossenen Becken mit Niltilapia, in dem Fischabfälle auf natürliche Weise Stickstoff und andere wichtige Nährstoffe liefern. Dieses „Fischwasser“ wurde gefiltert und zu den Pflanzen gepumpt und schloss so einen einfachen Aquaponik-Kreislauf, in dem Fische und Salat vom gleichen Wasser profitieren. Die Forschenden leiteten beide Nährlösungen durch NFT- und aeroponische Systeme bei vier verschiedenen Durchflussraten und verfolgten anschließend Nährstoffaufnahme, Pflanzenwachstum und den gesamten Wasserverbrauch.

Den richtigen Durchfluss finden

Die Ergebnisse zeigen, dass mehr Wasser nicht immer besser ist. Im NFT-System nahm der Salat die meisten Nährstoffe auf und erreichte sein höchstes Frischgewicht bei einer mittleren Durchflussrate von 1,6 Litern pro Stunde; eine Erhöhung auf 2 Liter pro Stunde verringerte tatsächlich die Nährstoffaufnahme und das Wachstum, vermutlich weil die Nährstoffe zu schnell an den Wurzeln vorbeipflossen. Im Gegensatz dazu erzielte das aeroponische System seine beste Leistung bei der niedrigsten getesteten Durchflussrate von 0,8 Litern pro Stunde, wo die Wurzeln im Nebel ausreichend Zeit hatten, sowohl Wasser als auch gelöste Mineralien aufzunehmen und gleichzeitig gut mit Sauerstoff versorgt blieben. Über fast alle gemessenen Nährstoffe hinweg – Stickstoff, Phosphor, Kalium, Calcium und Magnesium – war Aeroponik bei niedrigem Durchfluss besser als NFT in seiner besten Einstellung.

Mehr Salat pro Tropfen und bessere Erträge

Diese Muster spiegelten sich direkt in der Ertragsleistung und der Wasser­nutzungs­effizienz wider, einem Maß dafür, wie viele Kilogramm Salat pro Kubikmeter Wasser produziert werden. Aeroponik bei 0,8 Litern pro Stunde lieferte die schwersten Köpfe und die höchste Wasser­nutzungs­effizienz und verbesserte diesen Wert im Vergleich zu NFT bei beiden Nährstoffquellen um etwa zwei Drittel. NFT bei 1,6 Litern pro Stunde bot zwar einen moderaten Vorteil beim Wasserverbrauch gegenüber Aeroponik bei höheren Durchflüssen, erreichte jedoch nie die beste aeroponische Einstellung. Wirtschaftlich lag die Aeroponik ebenfalls vorn: Trotz etwas höherer Investitions- und Betriebskosten führten die höheren Erträge zu 34 % mehr Nettogewinn gegenüber NFT mit der chemischen Nährlösung und zu etwa 5 % mehr Gewinn, wenn Fischwasser verwendet wurde. Die Einbindung der Fischkultur erhöhte zwar die Kosten, brachte aber ein wertvolles zweites Produkt – marktfähige Fische – sodass Gesamteinnahmen und Gewinn höher waren als bei ausschließlicher Nutzung chemischer Nährstoffe.

Was das für die zukünftige Lebensmittelproduktion bedeutet

Für Produzentinnen, Produzenten und Planer, die über konventionelle Felder hinausblicken, bietet diese Arbeit eine klare Botschaft: Fein abgestimmte aeroponische Systeme können mehr Salat mit weniger Wasser und höherer Rentabilität produzieren als eine weitverbreitete hydroponische Alternative. Aeroponik mit sanftem Durchfluss und Nährstoffzufuhr aus fischhaltigem Wasser steigert nicht nur Pflanzenwachstum und Nährstoffaufnahme, sondern verwandelt auch Abfälle aus der Aquakultur in nützlichen Dünger. In Regionen mit Wasserknappheit und begrenzter Ackerfläche könnten solche geschlossenen, substratfreien Systeme eine wichtige Rolle spielen, indem sie frisches Gemüse und Fische nebeneinander produzieren, jeden Tropfen Wasser besser nutzen und gleichzeitig die wirtschaftliche Tragfähigkeit erhalten.

Zitation: El-Demerdash, D.I., Morad, M.M., Wasfy, K.I. et al. Aeroponic and NFT system optimization for lettuce: effects of flow rate and nutrient source on water use efficiency, growth, and profitability. Sci Rep 16, 14292 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41347-z

Schlüsselwörter: hydroponischer Salat, aeroponik, aquaponik, Wasser­nutzungs­effizienz, substratfreie Landwirtschaft