Der EC-Wert: Bedeutung für den (hydroponischen) Cannabis-Anbau

Der EC-Wert ist eine physikalische Größe [1], die die Leitfähigkeit eines Stoffes angibt. Daraus lässt sich für uns Gärtner schließen, wie viele Nährsalze in einer Lösung gelöst sind. Denn Nährsalze zerfallen in wässriger Lösung in ihre (meist) zwei Einzelbestandteile, wobei man dabei von Ionen spricht. Diese haben freie Ladungsträger. Mehr freie Ladungsträger im Sinne unbesetzter Elektronenplätze oder überschüssiger Elektronen fern eines Ladungsgleichgewichtes sorgen für eine höhere elektrische Leitfähigkeit und somit auch einen höheren EC-Wert einer Lösung. Die chemischen Hintergründe sind aber auch gar nicht so wichtig, denn für die Praxis gibt es EC-Messgeräte. Dabei werdet ihr mit der Einheit Mikrosiemens pro Centimeter (1 MS/cm) oder teilweise auch PPM (parts per million) konfrontiert.

Wenn ihr einen Hydro-Grow startet, solltet ihr in regelmäßigen Abständen (wöchentlich, täglich, …) euren EC-Wert messen, optimalerweise zeitgleich mit dem PH-Wert. Folgende EC-Werte haben sich für folgende Anwendungsfälle etabliert:

Der „Homegrow Pro“ im Interview. Mit seinen Tipps gelingt jeder Grow.

Fotostrecke: Zu Besuch auf einer kalifornischen Weed-Farm

Ohne eine Laboranalyse eures Wassers werdet ihr zwar nicht wissen, welches Salz konkret in eurer Lösung fehlt oder zu viel eingetragen ist, jedoch sprechen zu niedrige EC-Werte eurer Lösung tendenziell dafür, dass ihr noch etwas nachdüngen könnt und zu hohe EC-Werte dafür, dass ihr zu viel Dünger in eure Nährlösung oder Substrat eingebracht habt. [2]

Da sich der EC-Werte neben den benötigten Nährsalzen auch aus anderen, für die Pflanze nicht verwertbaren Salzen wie Natrium-Chlorid ergibt, arbeiten (semi)-professionelle Gärtner stets mit Laboranalysen, um eindeutig zu wissen und entscheiden zu können, welche Nährstoffe in einer Lösung fehlen, welche eingebracht werden müssen oder wie weit verdünnt werden muss. Im professionellen Umfeld wird das automatisch über einen Dünge-Computer und einen geschlossenen Nährlösungs-Kreislauf geregelt.

Für den semiprofessionellen Grower gibt es am Ende dieses Artikels noch einen Absatz zu Osmose-Filtern, solch eine Anlage ist beinahe unerlässlich für die Herstellung effizienter Nährlösungen, da unser Trinkwasser bereits EC-Werte bis zu 0,4 MS/cm aufweisen kann – wohlgemerkt zum Großteil keine nützlichen Nährsalze, welche jedoch trotzdem den EC-Wert eurer Nährlösung oder eures Substrates mit der Zeit (zu euren Ungunsten) stark steigern. Einen guten Anfang für Gewissheit über die EC-Werte des eigenen Gießwassers oder der Nährlösung bildet wie beim PH-Wert ein Messgerät. Das Zugeben der Nährstoffe erfolgt nach Messung des IST-EC-Wertes etappenweise, unterbrochen durch Pausen des EC-Wert-Messens, bis der SOLL-EC-Wert (nach obiger Tabelle) erreicht ist.

Wenn ihr ein EC-Messgerät kaufen wollt, besucht doch mal den Growshop Grow-Guru. Er fördert unsere Seite und ermöglicht uns somit unsere Arbeit. Wenn ihr ein [EC-Messgerät] dahabt, denkt immer daran, die Sonde(n) des EC-Messgerätes in einer [Kalibrier-Lösung] zu lagern. Uns mit einem Kauf zu unterstützen, stellen wir dir natürlich frei.

Pflanzentechnischer Hintergrund zum EC-Wert:

Die Nährstoff- und Wasseraufnahme über die Wurzeln hängt maßgeblich vom EC-Gradienten zwischen Substrat bzw. Nährlösung und Pflanze bzw. Wurzeln ab. Dabei wird ein Gleichgewicht der Nährstoffkonzentrationen zwischen Wurzelzellen und der Nährstofflösung oder dem Substrat angestrebt. Ein Gleichgewicht wäre beispielsweise, wenn beide Lösungen in Wurzel und Nährlösung/ Substrat jeweils aus 99% Wasser und 1% Nährsalzen bestehen würden. Bei Abweichung der Ionen-Konzentrationen zweier durch eine halbdurchlässige, siebartige Membran getrennten Lösungen (Bspw. 98%, 2% zu 95%, 5%) wird ein Ausgleich der Konzentrationen angestrebt, was nicht zu verwechseln mit einem reinen Massen- bzw. Volumenausgleichs auf Grund einfacher Druckunterschiede ist. Das wäre Diffusion.

Der komplexere, für den EC-Wert relevante Stoffaustausch nennt sich hingegen Osmose. Hierbei werden die einzelnen Bestandteile einer Lösung, im konkreten Fall zum einen das Wasser, zum anderen die Ionen/Nährsalze, nicht proportional zueinander bewegt, sondern streben stets eine homogen konzentrierte Lösung an. Das kommt daher, weil manche Ionen nicht durch eine siebartige Membran gelangen können und deshalb dieser Anteil der Lösung mit kleinen Molekülteilchen, die durch die semipermeable bzw. halbdurchlässige Membran hindurchpassen, verdünnt werden müssen. Angenommen die untere Grafik würde als rote Teilchen Zucker darstellen und das blaue ist Wasser. Dann passen die Zuckermoleküle nicht durch die Membran, weshalb Wasser entgegen eines reinen Volumenausgleichs in den Bereich der höheren Konzentration an Zuckermolekülen drängt, um jene Lösung zu verdünnen. Dies dauert eine gewisse Zeit. Bei Ausgleich der Konzentrationen beider Lösungen spricht man von einem osmotischen Gleichgewicht. [3]

Osmose Cannabis EC Wert — Quelle: Wikimedia

Zur Verdeutlichung:

Wenn man zwei Königsmischen hat, die eine 5 Gramm mit 50% Hasch und die andere 1 Gramm, 25% Hasch, so wäre es Diffusion, wenn die 5-Gramm-Mische 2 Gramm von ihrer Gesamtmasse abgeben würde, sodass wir zwei gleichgroße 3-Gramm-Königsmischen haben. Osmose wäre, wenn von der 5-Gramm-Königsmische lediglich Hasch abgegeben wird – und zwar so viel, dass beide Königsmischen am Ende gleich viel Prozent Hasch beinhalten. Letzteres müssen wir uns im Hintergrund behalten, denn Osmose ist der Stoffaustausch, der für den EC-Wert von Bedeutung ist.

Wer sich noch mehr für die Vorgänge in der Pflanze in Bezug auf den EC-Wert, der Rolle der einzelnen Nährstoffe im Dünger und osmotische Vorgänge interessiert, findet im folgenden Absatz tiefergehende Infos. Falls es schnell und praxisnah gehen soll, scroll einfach zu dem Absatz „Auswirkungen…“ weiter.

Die Pflanze steigert den eigenen EC-Wert langsam, aber kontinuierlich. Zeit ist der bestimmende Faktor.

Sobald die Nährsalze der Nährlösung oder des Substrates die Rhizodermis, also das (äußere) Abschlussgewebe der Wurzelzellen als Folge eines niedrigeren Konzentrationsgefälles in den Zellen der Pflanze passiert haben, werden sie, da sie im Wasser gelöst sind, mit eben jenem Wasser durch den durch die Verdunstung von Wasser über die Spaltöffnungen der Blätter verursachten Transpirationssog in alle Höhen- und Seitenlagen der Pflanze befördert. Puh, langer Satz, aber nach drei- bis fünfmal lesen wird die Sache hoffentlich klarer. Die Herausforderung an der Sache ist jetzt die sukzessive Erhöhung des EC-Wertes in der Pflanze – der es uns ebenso sukzessive ermöglicht, den EC-Wert der Lösung zu erhöhen, ohne das Gleichgewicht der Pflanze durcheinander zu bringen. [4]

Der EC-Wert in der Pflanze steigt mit der Zeit, weil das Wasser, welches vertikal durch das Xylem (Wasserleitung) der Pflanze gezogen wird und die Nährsalze mit sich trägt, irgendwann durch Wärmeeinwirkung verdunstet. Dabei bleiben allerdings die Nährsalze zurück, denn sie können entweder durch ihre Molekülgröße und/oder relative Dichte/Gewichtskraft im Gegensatz zu Wasserdampf nicht die Pflanze verlassen. So werden die Nährsalze in Zellen eingelagert. Zudem gibt es weitere Leitbündel in der Pflanze, das sogenannte Phloem, welche lediglich Nährsalze durch die gesamte Pflanze transportieren können, beispielweise Glucose. [Vgl. 5]

Im Grunde transportiert die Pflanze Wasser und darin gelöste Nährstoffe zuerst einmal in die Photosynthese-Organe, hauptsächlich Blätter, um Photosynthese ausführen zu können. Das Hauptprodukt der Photosynthese, die energiereiche Glucose, wird über das Phloem von den Blättern wieder zu den Wurzeln transportiert, um dort den zweiten wichtigen Stoffwechselprozess von Pflanzen durchführen zu können: Die Zellatmung. Dabei wird die von der Photosynthese, dem ersten wichtigen Stoffwechselprozess der Pflanze, produzierte Glucose zu Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser (H2O). Unterm Strich arbeitet die Zellatmung mit den Ergebnissen der Photosynthese und andersherum. Schwierigkeit: beide Prozesse finden an den am weitesten voneinander entfernten Organen der Pflanze statt (Blätter und Wurzeln). [6] Eine kleine Skizze zur Verdeutlichung möchte ich euch an der Stelle nicht vorenthalten:

Da die Pflanze im Wachstumsstadium noch sehr viel in die Höhe zulegt und viele Zellen anlegt, die für sich und mit ein paar Wochen Zeit noch in die Höhe und Breite wachsen und verholzen können, wird auch kontinuierlich neuer Platz für Nährstoffablagerungen geschaffen. Somit wächst der EC-Wert, also der prozentuale Anteil von Nährsalzen in der Pflanze zu Beginn des Wachstum nicht nennenswert, sondern nur die Anzahl Zellen und die absolute Menge an Nährsalzen. Später, wenn es dann ins Dicke- und Breitenwachstum geht, werden anteilsmäßig nicht mehr so viele Zellen neu geschaffen, dafür werden sie mit Nährstoffen aufgepumpt. In dem Stadium kann die Pflanze natürlich viele Nährsalze gebrauchen, da die Pflanze ihre Energie nicht mehr auf das Höhenwachstum und Zellteilung, sondern das reine Anreichern von Blüten konzentriert, um die eigene Fortpflanzungsfähigkeit zu steigern. Das alles geschieht stufenlos und ziemlich linear steigend.

Eine Pflanze wächst, wenn die Photosynthese-Aktivität höher ist als die Zellatmung.

Zellatmung betreiben Wurzeln im Dunkeln mit Hilfe von Sauerstoff. Eine Pflanze wächst, wenn sie Zellteilung [3] betreibt und die einzelnen Organe der Pflanze wie Blätter und Spross sich entwickeln. Dies ist wichtig, um genügend Fotosyntheseorgane (Blätter) auszubilden, die einerseits den nötigen Transpirationssog aufbringen, um Wasser über die Wurzeln aufzunehmen, andererseits aber vor allem für die Umwandlung von Sonnenlicht und Wasser in Glucose, Sauerstoff und ganz wichtig ATP (chemisch gebundene Energie, Molekül). Proportional dazu wachsen dann auch die Wurzeln. Wurzeln bilden so von den Blättern abhängig immer größere Oberflächen für die Wasser- und Nährstoffaufnahme (Wurzeln), während durch die verbesserte Nährstoffversorgung wiederum die Blätter ihre Biomasse und damit Photosynthese-Aktivität erweitern können. Der wichtige Zusammenhang an der Stelle ist: Je mehr photosynthetisch aktive Organe meine Pflanze aufweist, desto mehr Nährstoffe können auch innerhalb der Photosynthese in chemisch gebundene und für die Pflanze nutzbare Energie umgewandelt werden. Wurzeln und Blätter schwingen sich in ihrem Wachstum aufeinander ein und bedingen sich gegenseitig in ihrer Entwicklung, wobei es vielmehr eine Kooperation denn Wettbewerb ist.

In vielen klassischen Düngern sind die Nährstoffe N-P-K, also Stickstoff, Phosphor und Kalium enthalten.

Alle haben Aufgaben für sowohl Wachstums- oder Blütephase. Jedoch ist der EC-Wert von jungen Pflanzen niedrig, da die meiste Energie in Form von ATP für zahlreiche Wachstums- und Zellteilungsprozesse ziemlich direkt umgesetzt wird. Einlagerungen solcher Makronährstoffe geschehen an der Stelle nur marginal, zum Beispiel um die Sprossachse mit einem kräftigenden Stützgewebe zu kräftigen.
Die Priorisierung des Energiehaushalts liegt im Anfangsstadium einer Pflanze eindeutig auf der Produktion von DNA, Chromosomen, Zellkernen, einer Struktur. Zellteilung! Dabei wird von allen Nährstoffen vergleichsweise wenig benötigt (absolut), weil Stützstrukturen und die für die Fortpflanzung gebildeten Blüten noch eine niedrige Priorität im Energiehaushalt der Pflanze im frühen Stadium haben. Dazu kommt, dass bei wenigen Seitentrieben einer Pflanze in einer bestimmten Zeitspanne noch weniger Zellstrukturen geschaffen werden können, als in der gleichen Zeitspanne später, wenn viele Seitentriebe vorhanden sind und viele Blätter auf einmal wachsen.
Fürs Wachstum wird vergleichsweise viel Stickstoff eingetragen, da dieser Nährstoff für den Aufbau der Zellstrukturen am wichtigsten ist von den dreien. [7]

Später wird dann vor allem mehr Phosphor benötigt, wenn viel Energie in die Ausbildung der Blüten gesteckt wird. Dazu benötigt die Pflanze viel Energie in Form von ATP, wobei Phosphor im P steckt. Das eingetragene Phosphor kann an der Stelle durch die im vorherigen Wachstums-Stadium gebildete große Blattoberfläche im Gegensatz zu der Zeit, als die Blätter noch wenig und klein waren, auch effizient in jenes ATP umgesetzt werden. Dazu kommt die Prioritätenänderung des Energiehaushalts der Pflanze – in der Blüte wird Energie vor allem dafür verwendet, sich fortzupflanzen. Im Fall von Cannabis, wo man die Männchen mit Ehrgeiz den Weibchen vorenthält, ist die Pflanze sogar noch viel ehrgeiziger bei der Blütenbildung, als unter Gesellschaft von männlichen Pflanzen: Denn die dicken Buds sind bei Cannabis-Pflanzen dazu gedacht, möglichst viel Harz zu bilden und somit möglicherweise umherschwebende männliche Pollen einzufangen, um sich erfolgreich reproduzieren zu können. Phosphor spielt an der Stelle sowohl als eingelagerter Makronährstoff, als auch als Bestandteil des Energie-Moleküls ATP eine wichtige Rolle. [8]

Kalium (K) benötigt die Pflanze in allen Stadien gleichermaßen, denn dieser Makronährstoff ist vor allem für Steuerungsmechanismen in der Pflanze verantwortlich, für Stoffwechselprozesse und Stützfunktionen. Auch davon wird mit größer werdender Pflanze mehr benötigt als zu Beginn des Wachstums, relativ zu den beiden anderen Nährstoffen bleibt die Konzentration von Kalium in der Nährlösung in beiden Wuchs-Stadien einer Cannabis-Pflanze gleich. [9]

Ich hoffe, dieser etwas umfassendere Exkurs in die Welt des Düngers bzw. der Nährstoffe hat ausreichend erklärt, weshalb Pflanzen im Wachstum einen niedrigen EC-Wert aufweisen und deshalb zu Gunsten einer ausreichenden Wasserversorgung, die bei allen aufgezählten Bestandteilen um einiges wichtiger für die einzelnen Prozesse im Leben einer Pflanze ist, mit einer etwas niedriger dosierten Nährlösung ernährt werden sollten. Je mehr Photosynthese-Organe zur Verfügung stehen, desto mehr ATP kann mit der Zeit für verschiedene Prozesse verwendet werden, desto mehr Nährstoffe können prozentual in der Pflanze umgesetzt, bewegt und eingelagert werden.

Auswirkungen hoher EC-Werte der Nährlösung bzw. des Substrates bei niedrigen EC-Werten der Pflanzen

Hat die Nährlösung einen hohen EC-Wert und die Pflanze in ihren Wurzelzellen einen niedrigeren EC-Wert, also besitzt prozentual mehr Wasser und weniger freie Ladungsträger (Ionen/Nährsalze) als die Nährlösung, so verlieren die Wurzelzellen als Folge dieses Zustandes Wasser an die Nährlösung bei gleichzeitiger Nährsalzaufnahme und die Zellen können austrocknen. Das geschieht, weil ein Gleichgewicht der Salz-Konzentrationen im Zellsaft und der umgebenden Nährlösung angestrebt wird, wobei Wasser für die Verdüngung der Nährlösung die Wurzelzellen verlässt. Gleichzeitig werden Nährsalze in die Zellen gezogen. Ladungsausgleich.
Durch den Gradiations-Ausgleich zwischen Wurzelzellen und Nährlösung wird also ein Nährstoffüberschuss und Wassermangel in der Zelle bedingt.

Bei der Pflanze äußert sich ein hoher EC-Wert einer Nährlösung in welkenden und harten Blättern, gedrungenem Wuchs oder gar Einstellung des Wachstums. Klassischer Fall von Überdüngung.

Auswirkungen niedriger EC-Wert der Nährlösung bei hohen EC-Werten der Pflanzen

Ist der EC-Wert in der Wurzel etwas höher als in der Nährlösung, so ist erstmal alles im grünen Bereich. Denn dadurch, dass mehr Salze in den Wurzelzellen gespeichert sind, findet ein Gradiations-Ausgleich zu Gunsten des Wassers in Richtung Wurzel statt. Will heißen, dass manche (nicht alle!) Salze in der Wurzel durch die siebartige semipermeable bzw. halbdurchlässige Membran nicht nach außen gelangen können und zu Gunsten eines Gradiations-Ausgleichs dementsprechend die eher salzigen Zellen mit Wasser aus der Nährlösung verdünnt werden, um den Konzentrationsausgleich herzustellen.

Auch bei zu niedrigem EC-Wert der Nährlösung gibt es vermeidbare Extrema. So kann bei einem hohen EC-Wert der Wurzel und einem niedrigen EC-Wert der Nährlösung zu viel Wasser von der Pflanze aufgesogen werden bei gleichzeitig zu geringer Aufnahme von Nährsalzen. Das äußert sich dann in blassen Blättern, weniger dichten und großen Blüten oder allzu schlankem Wuchs. Klassischer Fall von Unterdüngung.

So, und wozu die ganze Wissenschaft?

Jetzt sollte klar sein, dass der EC-Wert einer Lösung sich eigentlich gar nicht nach irgendeiner Zahl richtet, sondern in erster Linie nach den EC-Werten in der Pflanze. Erfahrungswerte haben jedoch obenstehende Tabelle ergeben, nach der man sich richten kann. Man erkennt gut, dass der EC-Wert der Pflanze, und analog auch der Soll-Wert der Nährlösung, langsam, aber stetig steigt. Im Wachstum ist der EC-Wert noch klein, in der Blüte legt er bis zum Vierfachen zu.

Ein zu schnelles Ansteigen des EC-Wertes kann dem Gärtner eines Tages ein böses Erwachen bescheren: Denn wenn Blätter welken, die sonst so üppige Pflanze plötzlich ihr Wachstum einstellt oder die Blätter sehr weich erscheinen, kann dies unter anderem an einer zu hohen Nährstoffkonzentration in der Pflanze liegen. Erschwerend kommt an der Stelle hinzu, dass manche Stoffe, die erst in der Pflanze aus den „rohen“ Makronährstoffen gebildet werden, zu groß sind, um die Membran nach außen zu durchdringen, jedoch trotzdem den EC-Wert in der Wurzel beeinflussen. In dem Fall muss die Zelle Wasser aufnehmen, um den EC-Wert zu Gunsten einer zuverlässigen Wasserversorgung wieder zu senken. Dabei ist die Wasseraufnahmefähigkeit durch die Dehnbarkeit der Zellvakuolen bedingt – befinden sich zu viele dieser für die Membran zu großen Salze oder anderen Stoffe in der Zelle, muss sie theoretisch so viel Wasser aufnehmen, dass sie praktisch vor Ausgleich des Konzentrationsgefälles platzt. Hier passt der Spruch: „Rein geht wohl schneller als raus“.

Mit diesem Wissen können wir jetzt auch erklären, warum der EC-Wert der Lösung zur Blüte höher sein sollte als im jugendlichen Stadium der Pflanzen. In der Blüte benötigen Cannabis-Pflanzen mehr Nährstoffe, die sie über weitere Transportvorgänge von der Wurzel zu den Blüten transportieren, um diese schön üppig zu formen. Für Nährstoffeinlagerungen, biochemische Prozesse und Verdichtung. Junge Pflanzen hingegen betreiben vorrangig Photosynthese, konzentrieren sich auf den Aufbau von Struktur und haben durch ihre Unterpriorisierung von Fortpflanzung noch kein rechtes Interesse am Ausführen komplexerer Stoffwechselprozesse für dicke Blüten bzw. sind am Anfang noch durch die kleine Blatt- und Wurzeloberfläche in ihren Möglichkeiten begrenzt.

Die Osmose-Anlage

Weiter oben habe ich bereits anklingen lassen, dass der EC-Wert einer Lösung per se nichts über die Anzahl bzw. den prozentualen Anteil von relevanten Nährsalzen in der Nährlösung aussagt. Denn Leitungswasser beispielsweise enthält gelöste Natrium- und Chlorid-Ionen, die zwar den EC-Wert beeinflussen, sowohl in der Nährlösung, als auch nach Aufnahme in der Wurzel, jedoch in der Pflanze keine Funktion ausfüllen und eher Schaden anrichten. Zum Beispiel dadurch, dass insgesamt weniger der nutzbaren Nährstoffe zu Gunsten des Natriums und Chlorids aufgenommen werden können. Ein hoher EC-Wert in der Pflanze bedingt durch nutzlose Salze führt zu Wasserknappheit und damit zu Symptomen wie weichen, welkende Blättern, Wachstumshemmungen, usw.

Wer in geschlossenen Systemen anbaut, lässt das Wasser für die Basis einer Nährlösung zuerst durch eine Osmose-Anlage laufen, um alle Salze zu entfernen und reichert danach diese recht saubere Lösung mit den gewünschten Nährstoffen wie Stickstoff, Phosphor und Kalium an. Besser den EC-Wert über diese Stoffe erreichen, als über Stoffe, die unserem Projekt keinen Nutzen, sondern Schaden bringen.