Elektrische „Erde“ verbessert den Ertrag bei der Ernte in Hydrokulturen

Die Welt hat ein Hungerproblem. Etwa 735 Millionen Menschen gelten als unterernährt, und das Problem wird in Zukunft nur noch größer werden. Weltweit arbeiten Wissenschaftler:innen deshalb an Lösungen, um dem Hunger Herr zu werden. Ein möglicher Ansatz ist die elektrische Stimulation von Nutzpflanzen, um den Ertrag zu erhöhen. Gerste etwa wächst etwa 50 Prozent besser, wenn das Wurzelsystem der Pflanzen elektrisch stimuliert wird. Forscher:innen der Universität Linköping haben eine Art elektrisch leitende „Erde“ entwickelt, die Hydrokulturen zum Einsatz kommen können.

Elektrisch leitendes Substrat für Hydrokulturen

„The world population is increasing, and we also have climate change. So it’s clear that we won’t be able to cover the food demands of the planet with only the already existing agricultural methods. But with hydroponics we can grow food also in urban environments in very controlled settings„, so Eleni Stavrinidou vom Laboratory of Organic Electronics an der Universität Linköping.

Gemeinsam mit ihren Kolleg:innen hat sie ein elektrisch leitendes Substrat für den Einsatz in Hydrokulturen entwickelt und auf den Namen eSoil getauft. Die Forscher:innen haben in Experimenten gezeigt, dass junge Gersten-Pflanzen in dieser eSoil unter elektrischer Stimulierung über einen Zeitraum von 15 Tagen bis zu 50 Prozent mehr wachsen als nicht stimulierte Pflanzen.

Gerste wächst schneller

In Hydrokulturen wachsen die Pflanzen ohne Erde und benötigen nur Nährstoffe, Wasser und ein Substrat, an dem die Wurzeln der Pflanzen halt finden. In der Regel handelt es sich um ein geschlossenes System, in dem das Wasser zirkuliert, sodass jede Jungpflanze die Nährstoffe erhält, die sie benötigt. Es wird also nur wenig Wasser benötigt und alle Nährstoffe bleiben im System.

Hydrokulturen ermöglichen außerdem einen vertikalen Anbau, bei dem die Kulturen übereinander in großen Türmen untergebracht werden, um eine möglichst effiziente Nutzung des vorhandenen Raumes zu ermöglichen. Auf diese Art werden bereits heute Salate, Kräuter und einige Gemüsearten angebaut. Getreide wird bisher eher nicht hydroponisch angebaut. Die Forscher:innen haben nun allerdings zumindest experimentell gezeigt, dass Gerste auf diese Art und Weise angebaut werden könnte und auch von elektrischer Stimulation profitieren würde.

„In this way, we can get seedlings to grow faster with less resources. We don’t yet know how it actually works, which biological mechanisms that are involved. What we have found is that seedlings process nitrogen more effectively, but it’s not clear yet how the electrical stimulation impacts this process„, erklärt Starvrinidou.

Geringere Spannung und leichtere Herstellung

In vielen Hydrokulturen kommt als Substrat Mineralwolle zum Einsatz. Allerdings ist diese nicht nur nicht biologisch abbaubar, sondern wird auch in einem energieintensiven Prozess hergestellt. Das eSoil-Substrat ist dagegen aus Zellulose und einem leitenden Polymer namens PEDOT. Diese Kombination ist nicht neu, allerdings handelt es sich um das erste Mal, dass sie für die Kultivierung von Nutzpflanzen verwendet wird.

In vorherigen Projekten wurden für die Stimulierung der Wurzeln hohe Spannungen verwendet. Mit dem eSoil-Konzentrat dagegen können relativ niedrige Spannungen verwendet werden, was sowohl weniger energieintensiv als auch sicherer ist.

„We can’t say that hydroponics will solve the problem of food security. But it can definitely help particularly in areas with little arable land and with harsh environmental conditions„, schließt Stavrinidou.

Universität Linköping via EurekAlert!