Wasser-und-Pflanzen
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Wasser ist für die Lebensfunktionen so vieler Pflanzen unerlässlich, dass ohne es keine Pflanzen existierten. Es macht 70-80% des Gewichts junger Pflanzen aus und spielt eine Schlüsselrolle für verschiedene Stoffwechselreaktionen der Pflanzen, einschließlich der Photosynthese. Allerdings werden bis zu 98% des aufgenommenen Wassers wieder in die Atmosphäre transpiriert. In diesem Artikel erfährt der Leser, wie Pflanzen mit Wasser funktionieren und sie den Wasserhaushalt während des Wachstums beeinflussen.

Wasser ist von fundamentaler Bedeutung für den Transport von Substanzen im Pflanzenorganismus. Es löst Nährstoffe auf und bringt sie dorthin, wo die Pflanzen sie brauchen. Im Bedarfsfall kann Wasser auch die Pflanze abkühlen oder ein schnelles Absinken ihrer Temperatur verhindern. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Wasser eine thermoregulierende Funktion hat, eine Eigenschaft, die von Growern sehr gut zur Erhöhung der CO2-Präsenz genutzt werden kann. Im Idealfall fließt das Wasser im Inneren der Pflanze kontinuierlich von den Wurzeln bis zu den Blättern, wo es die Pflanze verlässt, in Form von Dampf in die Atmosphäre abgegeben wird. Dies wäre nicht möglich ohne eine erhebliche Oberflächenspannung des Wassers, die die Aufnahme durch die Wurzeln, das Aufsteigen durch die Kapillaren und die Transpiration ermöglicht.

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Das meiste Wasser wird über die Wurzelhaare aufgenommen

Wasseraufnahme

Cannabispflanzen nehmen Wasser über ihr Wurzelsystem auf, meist durch dünne Haare auf der Oberfläche der Wurzeln, Wurzelhaare genannt. Sie sind mit bloßem Auge zu erkennen – und der beste Zeitpunkt, sie zu betrachten, ist, wenn die Samen auf speziellem Keimpapier aufgehen. Damit Wurzeln die notwendige Menge an Wasser erhalten, müssen optimale Bedingungen für sie geschaffen werden, d.h. die richtige Temperatur zuwege bringen, für genügend Sauerstoff sorgen. Wenn die Temperatur im Wurzelbereich zu niedrig oder zu hoch ist, nimmt die Wasseraufnahmekapazität ab. Unter extremen Temperaturen wird die Aufnahmefähigkeit vollständig blockiert. Bei Cannabis liegt die ideale Temperatur für die Wurzelregion bei etwa 21 °C. Oberirdische Pflanzenteile gedeihen am besten bei Tagestemperaturen von 25-28 °C. Daher ist es von Zeit zu Zeit notwendig, die Temperatur im Wurzelbereich zu senken. Dies geschieht typischerweise bei Anbausystemen, in denen nur wenig Pflanzmedium verwendet wird, wie z.B. bei Aeroponik oder Hydrokultursystemen. Die Nährlösung kann sich in einer solchen Anbau auf etwa 25 °C erwärmen und muss dann auf die optimale Temperatur heruntergekühlt werden. Und trotzdem – weil der Anbau in diesen Systemen eine ausgezeichnete Versorgung mit Sauerstoff ermöglicht, ist es die Kosten für die Kühlung auf jeden Fall wert.

Gesunde Wurzeln sind für einen guten Wasserhaushalt und eine ergiebige Ernte unbedingt erforderlich. Die Cannabispflanze kann unter idealen Bedingungen ein prächtiges Wurzelsystem entwickeln. Bei überwässerten oder von Wurzelschädlingen befallenen Pflanzen kann die Fähigkeit der Wurzeln, Wasser aufzunehmen – und damit Nährstoffe an die oberirdischen Teile der Pflanzen zu transportieren – sich schnell abschwächen.

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Geöffnete und geschlossene Stomata

Die Verteilung des Wassers in der gesamten Pflanze

Wasser und Nährstoffe gelangen über das Wurzelsystem in andere Bereiche der Pflanze. Zwei physikalische Phänomene wirken sich dabei auf die Geschwindigkeit aus: Diffusion und Osmose. Diffusion bedeutet, dass Partikel von Orten mit höherer Konzentration von selbst zu Orten mit niedrigerer Konzentration wandern und an der ursprünglichen Position durch Wasser ersetzt werden. Was hier geschieht, ist die selbsttätige gleichmäßige Verteilung der Partikel im Wasser. Man versuche sich die Pflanze als eine Vase vorzustellen. Wenn Sie Nährstoffe in löslicher Form auf dem Boden der Vase platzieren und Wasser hineingießen, tritt dank der Diffusion der Zustand ein, dass die Nährstoffkonzentration in allen Bereichen der Vase gleich ist. Nährstoffe würden nach oben steigen und Wasser nach unten sinken. Dies ist jedoch nur Theorie; in der Praxis wirkt die Diffusion nur für eine sehr kurze Entfernung, bis zu etwa einem Zentimeter. Unter realen Bedingungen gibt es also die gleiche Nährstoffkonzentration – ausgehend von der ursprünglichen Position der Nährstoffe – nur innerhalb einer kurzen Distanz. Man betrachten dieses Beispiel nur als eine Veranschaulichung der Diffusion.

Osmose ist ein der Diffusion ähnlicher Prozess, aber es gibt einen neuen Akteur, halbdurchlässige Membran genannt, die Wasser passieren lässt, Partikel aber nicht. Das bedeutet bezogen auf das vorige Beispiel: Wird eine semipermeable Membran über die Nährstoffe gelegt und dann Wasser in die Vase gegossen, führt dies zu ganz anderen Ergebnissen. Ja, die Wassermoleküle würden die Membran durchdringen und in den Bereich mit den Nährstoffen gelangen, aber die Nährstoffpartikel könnten sich nicht in die entgegengesetzte Richtung bewegen. Infolgedessen würde sich die Nährstofflösung unter der Membran verdünnen, dabei ihr Volumen zunehmen, und auch ein gewisser Wasserverlust auftreten. Oberhalb der Membran würde sich das Wasser allerdings nicht mit Nährstoffen anreichern. In gewissem Maße bilden Pflanzenzellen ein osmotisches System mit einer vollständig durchlässigen Zellwand, einer semipermeablen Plasmamembran und Zytoplasma. Die Plasmamembran durchzieht das Wasser in der Vakuole, wo der Zellsaft konzentriert ist. Die Vakuole vergrößert sich und drückt auf die Zellwände. Dieser Druck wird als Turgor bezeichnet. Wenn die Vakuole mit Wasser vollgesogen ist, hat die Pflanze die erforderliche Kompaktheit. Falls der Turgor absinkt, werden die Stiele und Blätter schwächer und die Pflanze beginnt zu welken.

Im oben erwähntem Fall funktioniert die Osmose zum Vorteil der Pflanzen und zur Freude des Growers. Sie kann aber auch genau das Gegenteil bewirken. Zellen werden mit Wasser versorgt, sofern ihr internes Umfeld eine höhere Konzentration an Substanzen enthält als die äußere Umgebung. Andernfalls fließt Wasser aus der Zelle und es kommt zu einem Prozess, der Plasmolyse genannt wird, was Schrumpfen des Protoplasmas und seine Trennung von der Zellwand bedeutet. Sollte eine Situation wie diese eintreten, d.h. ein hoher Mineralsalzgehalt im Pflanzmedium, dann würde diese Konzentration in der Umgebung die Wasseraufnahme der Pflanze deutlich verlangsamen und stattdessen Wasser aus ihr entziehen.

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Osmose in Pflanzenzellen

Transpiration

Um Wasser über längere Strecken zu transportieren, nutzt Cannabis Leitgefäße und “Katheter”. Von den Wurzeln gelangt das Wasser in die Gefäße des Stängels und der Zweige, bis es die Blätter erreicht. Hier wird es in die Atmosphäre abgegeben. Dieser sog. Transpirationsstrom wird neben der oben erwähnten Oberflächenspannung des Wassers eben hauptsächlich durch Transpiration, d.h. Verdunstung von Wasser aus Pflanzenteilen über dem Boden und teilweise durch den Aufwärtsdrang in den Wurzeln verursacht. Trotz der Tatsache, dass die Transpiration ein lebenswichtiger Mechanismus für die Pflanze ist, kostet sie keine Energie, da die Verdunstung des Wassers durch Sonneneinstrahlung bewirkt wird. Wasser kann die Pflanzen durch ihre Epidermis verlassen (kutikuläre Transpiration) und sie können dieses “Leck” in keiner Weise kontrollieren. Der größte Teil des Wassers verlässt die Pflanzen jedoch durch spezielle Spaltöffnungen – die Stomata. Wir sprechen von der stomatären Transpiration, die von der Pflanze durch Öffnen und Schließen der Spaltöffnungen kontrolliert werden kann.

Die Stomata sind das ventilierende Gewebe von Pflanzen. Bei Cannabis und anderen zweikeimblättrigen Pflanzen finden wir sie hauptsächlich auf der Unterseite der Blätter. Aufgrund ihrer Größe von 0,02-0,03 mm sind sie mit bloßem Auge nicht zu erkennen. Obwohl sie selbst in vollständig geöffnetem Zustand so klein sind, bedecken sie etwa ein Prozent der Pflanzenoberfläche, und mehr als 90% des aufgenommenen Wassers verlässt die Pflanze wieder auf diese Weise. Stomata entstehen durch die Teilung einer Zelle in zwei Schließzellen, zwischen denen eine Pore gebildet wird. Das Öffnen und Schließen der Stomata hängt in erster Linie vom Wassergehalt der Schließzellen ab. Sobald sich die Vakuolen der Zellen mit Wasser gefüllt haben, öffnen sich die Stomata. Entsprechend schließen sich die Spaltöffnungen, wenn die Wassermenge abnimmt. Aber das ist nicht alles, das Öffnen und Schließen der Stomata wird auch von vielen anderen Faktoren beeinflusst – Kaliumkationenkonzentration, Licht usw. Es ist in der Tat ein sehr komplizierter Prozess.

Die Transpirationsgeschwindigkeit hängt unter anderem von der Differenz des Wasserdampfdrucks in den Blättern und in der Umgebung ab (VPD). Im Inneren des Blattes liegt Wasser in flüssiger Form vor und die Feuchtigkeit beträgt immer 100 %. Vor der Transpiration in die Atmosphäre verwandelt sich das Wasser unter der Blattoberfläche in Dampf. Dabei entsteht der oben erwähnte Druck, da Dampf viel mehr Platz benötigt als Wasser. Die Stärke des Wasserdampfdrucks im Inneren des Blattes hängt auch von der Temperatur ab. Der Wert des VPD-Drucks wird durch die Temperatur und die relative Feuchtigkeit bestimmt. Folgende VPD-Werte werden für eine optimale Transpirationsgeschwindigkeit empfohlen: Für das Ziehen von Stecklingen und das frühe Wachstumsstadium 0,4-0,8 kPa (Kilopascal), gegen Ende des Wachstumsstadiums und zu Beginn der Blühphase 0,8-1,2 kPa und für den zweiten Abschnitt der Blühphase 1,2-1,6 kPa.

Die Pflanzen geben 98% des aufgenommenen Wassers über den Transpirationsstrom wieder ab, während sie nur 2% verbrauchen. Durch diesen Prozess werden alle Zellen mit Wasser versorgt, so dass sie ihren Turgor aufrechterhalten können; außerdem funktioniert dadurch der Nährstofftransport von den Wurzeln zu den Blättern, der Schutz vor Überhitzung und die ausreichende Zufuhr von CO2, das durch die offenen Stomata in die Pflanze gelangt – vier gute Gründe (nicht die einzigen), um die Transpiration in jeder Anbauphase zu unterstützen. Dieser Prozess ist ein integraler Bestandteil der Photosynthese. Wenn der Wassergehalt in den Blättern sinkt, schließen sich die Stomata und die CO2-Aufnahme wird deutlich verringert. Dieser reduzierte Wasserhaushalt wirkt sich negativ auf das Pflanzenwachstum aus und somit natürlich auch auf den Ertrag. Wenn die Pflanze überhitzt ist, öffnen sich die Stomata, um den Transpirationsstrom zu beschleunigen und die Pflanze abzukühlen. Dieses Gesetzmäßigkeit macht man sich in geschlossenen Anbauräumen zunutze, um die Luft mit Kohlendioxid anzureichern – die Temperatur wird dabei etwas über 30 °C gehalten.

Transport des Wassers durch die Wurzeln

Transpiration ermöglicht eine sehr schnelle und energieeffiziente Art des Wassertransports in der gesamten Pflanze. Im Gegensatz dazu ist der Transport durch die Wurzeln eine energieaufwändige und sehr langsame Art, Wasser von den Wurzeln zu den oberirdischen Bereichen der Pflanzen zu bringen. Die Pflanze macht davon Gebrauch, falls wenig oder keine Transpiration stattfindet. Dies kann passieren, wenn die relative Luftfeuchtigkeit um die Blätter herum 100% beträgt, oder während der Nacht, wenn die Blätter nicht durch die Sonne oder eine Lampe erwärmt werden. Auch bei gerade gekeimten Jungpflanzen spielt der Transport nach oben durch die Wurzeln eine wichtige Rolle für die Entwicklung der ersten Blätter.


Zusammenfassung

Unter idealen Bedingungen ist der Wasserhaushalt, d.h. das Verhältnis zwischen Wasseraufnahme und -abgabe, im Gleichgewicht. Für Wassermangel bei Pflanzen gibt es zwei mögliche Ursachen: Unzureichende Wasserversorgung (Wasserstress) oder übermäßige Wasserverdunstung (Wasserdefizit). Beide Zustände führen zum Welken der Pflanzen. Selbst wenn die Pflanzen nach der Wiederherstellung des optimalen Wasserhaushalts ihre ursprüngliche Gestalt wieder erlangen, hat sich auf sie das vorherige Welken nachteilig ausgewirkt. Cannabis wird am stärksten beeinträchtigt durch Wassermangel während der gesamten Wachstumsphase und des ersten Abschnitts der Blühphase. Gesunde Pflanzen wachsen in dieser Zeit am schnellsten. Umgekehrt ist es in der letzten Phase der Blütezeit möglich, die Pflanzen durch mäßigen Wasserstress zur Steigerung der Produktion von sekundären Stoffwechselprodukten zu veranlassen, doch hierbei sollte man besonders vorsichtig sein.

Da Wasser für die Pflanzen von größter Bedeutung ist, sollten Grower sehr auf seine Qualität achten – insbesondere beim hydroponischen oder aeroponischen Anbau oder beim Anbau in der kontrollierten Umgebung von Gewächshäusern oder geschlossenen Anbauräumen. Die Wasserfilterung für kleine Anbauräume ist nicht so kostspielig und kann zu einem günstigen Preis realisiert werden.

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