Hydrokulturdünger sind spezielle Pflanzendünger, die für die Hydrokultur und Hydroponik benutzt werden. Sie sind notwendig, um die Pflanzen im künstlichen Umfeld zu schützen und mit allen essentiellen Nährstoffen zu versorgen. Die Zusammensetzung von Hydrokulturdüngern unterscheidet sich in der Vielfalt der chemischen Substanzen gegenüber konventionellem Dünger.

Pflanzen, die in Erdböden kultiviert werden, benötigen andere Düngergemische.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, in der Hydrokultur Pflanzen zu düngen:

• mit flüssigem anorganischen Volldünger, dieser wird in Großanlagen aufgrund der Leitfähigkeitsmessung des Wassers automatisch zudosiert.
• Durch Düngesalzfreisetzung aus festem Ionenaustauscher-Granulat.
• Aufschlämmung von organischem Dünger oder Zusatz solcher Nährstofflösungen.
• eine Humus- oder Kompostschicht, die bei Ebbe-Flut-Systemen auf die oberste Substratschicht aufgebracht wird und nur bei Düngerbedarf von oben gewässert wird.
• in der Spezialform Aquaponik durch die Kotausscheidungen und Futtermittelreste der gehaltenen Fische.

Pflanzen nehmen nach Bedarf selektiv Mineralien auf. Durch die selektive Aufnahme ändert sich das chemische Gleichgewicht zwischen Kationen und Anionen. Durch Verschiebung des chemischen Gleichgewichts ändert sich der pH-Wert sehr rapide. Verschiebt sich der pH-Wert zu sehr in eine Richtung, kann die Pflanze aufgrund des Membranpotentials nicht mehr alle Ionen aufnehmen. Außerdem veranlasst ein erhöhter pH-Wert die Salzbildung bestimmter Nährstoffe (Niederschlagsreaktion). Die Nährstoffe sind dann nicht mehr verfügbar für die Pflanzen. Dies führt schnell zu Mangelerscheinungen. Böden fungieren als Puffer für das Gleichgewicht des pH-Wertes. Sie sind Kationenaustauscher und halten so den pH-Wert aufrecht. Hydrokulturdünger verwenden deswegen chemische Puffer.^[1][2]

Pflanzen benötigen Makronährstoffe (wie Stickstoff, Kalium, Phosphor, Calcium, Magnesium, Schwefel, Nitrat) in erhöhter Konzentration um lebenswichtige Stoffwechselprozesse aufrechtzuerhalten und essentielle Mikronährstoffe wie Eisen, Zink, Kupfer, Mangan, Bor, Molybdän, Nickel, Chlorid, Aluminium, Silizium und Titan in sehr geringer Konzentration um spezifische Stoffwechselprozesse aufrechtzuerhalten. Des Weiteren sind Spurenelemente wie Cobalt, Natrium, Vanadium, Lithium bei bestimmten Pflanzen von Vorteil.^[1][2]

Einflüsse auf Pflanzen wurden auch für folgende chemische Elemente nachgewiesen^[3]: Arsen, Cer, Chrom, Fluor, Gallium, Germanium, Jod, Lanthan, Mangan, Natrium, Rubidium, Selen, Titan und weitere.

Böden enthalten von Natur aus genug Spurenelemente. In Hydrokulturdünger werden alle notwendigen Mikronährstoffe deshalb zugesetzt.^[1][2]

Bei der Wurzelatmung entsteht Kohlenstoffdioxid, das mit dem Gießwasser chemisch zu Kohlensäure reagiert (wobei sich ein Gleichgewicht einstellt):

Im Umlaufwasser der Hydroponik liegt das Gleichgewicht, abhängig vom pH-Wert eher auf Seite der freien Hydrogenkarbonationen (siehe dazu Kohlensäure#pH-Indikation Wasser). Gebildete Hydrogencarbonationen reagieren mit Wasser weiter

Freie Kohlensäure wirkt dadurch wie eine schwache Säure. Im Umlaufwasser senkt die Kohlensäure den pH-Wert. In Boden reagiert die Kohlensäure mit Kalksteinen weiter zu Calciumhydrogencarbonat (auch "Bicarbonat" genannt) (Details siehe Karst#Verwitterung):

Eine chemische Puffersubstanz bewirkt nun, dass sich der pH-Wert bei Zugabe einer Säure (oder einer Base) wesentlich weniger stark ändert, als dies in einem ungepufferten System der Fall wäre. Die Menge an Säure oder Base, die von einem Puffer ohne wesentliche Änderung des pH-Werts abgefangen werden kann nennt man Pufferkapazität, im Boden Austauschkapazität.

Im konkreten Fall wird der Düngerlösung beispielsweise eine Puffersubstanz (Carbonate oder eine Substanz, die zugleich Metallionen als Chelat in Lösung hält) zugesetzt. Enthält das Wasser zu viele Protonen (weil es zu sauer ist), dann bindet die Puffersubstanz ein Proton und das Reaktionsgleichgewicht wird zur Kohlensäure verschoben, es bildet sich Kohlensäure. Diese zerfällt zu Wasser und Kohlenstoffdioxid (CO2) und das CO2 gast in die Luft aus (siehe dazu auch Kohlensäure-Bicarbonat-System). Alle Düngesalze einer starken Säure mit einer schwachen Base oder starken Base mit einer schwachen Säure wirken als Puffersubstanzen, zum Abpuffern der Kohlensäure wird ein Salz einer starken Base mit einer schwachen Säure verwendet.

Eine pH-Wert-Anhebung erfolgt auch bei der mikrobiellen Oxidation von Ammonium zu Nitrat (darum sollte Hydrokulturdünger keinen Stickstoffdünger auf Ammoniumsalzbasis enthalten):

NH₄⁺ + 2O₂ ↔ NO₃⁻ + 2H⁺ + H₂O.

Ein zu hoher pH-Wert des Umlaufwassers kann in emersen Systemen wie der Hydrokultur auch zu oxidativem Stress infolge Eisentoxizität führen^[4] mit chloroseähnlichen Symptome an Blättern (Gelbfärbung).

Siehe dazu auch Auswirkungen des pH-Wertes auf das Wachstum von Pflanzen und Nährstoffverfügbarkeit in Abhängigkeit vom Boden-pH.

Jeder wässrige Hydrokulturdünger ist ein Volldünger bei dem alle genannten Nährstoffe künstlich zugegeben werden. Deshalb wurden seit den 1950er Jahren unterschiedliche Formeln und Ansätze entwickelt.

Folgende Tabelle zeigt die Zusammensetzung aller Nährstoffe in einer von Steiner entwickelten Stammlösung:^[6]

Die Dosierungsangaben von flüssigen anorganischen Hydrokulturdünger befinden sich bei allen Produkten auf den Verpackungen.

Üblicherweise wird bei Düngern das Verhältnis der Kernnährstoffe Stickstoff (N), Phosphor (P) und Kalium (K) in % der handelsüblichen Bezugsbasis als "NPK-Wert" angegeben, zum Beispiel (13/13/21). Diese Angabe bedeutet, dass der Dünger 13 % N; 13 % P₂O₅; 21 % K₂O enthält.

Ionenaustauscher-Granulate sind feste Spezialdünger (NPK Volldünger) für die langzeitige Nährstoffversorgung in einer Hydrokultur. Diese versorgen die Pflanze mit einer einmaligen Düngung über mehrere Monate. Sie bestehen aus Kunstharz-Granulaten, welche mit Salzen (Nitrate, Phosphate und Kaliumsalze) beladen sind. Außerdem enthalten sie auch die notwendigen Mikronährstoffe.

Bei Zugabe von üblichem Leitungswasser wird das Ionenaustauscher-Granulat aktiviert. Es nimmt dann natürlich enthaltene Salze vom Leitungswasser auf und gibt im Tausch im Harz geladene Nährsalze ab. Die Salze lösen sich über einen langen Zeitraum auf (abhängig von der Nährstoffaufnahme der Pflanze). So, dass die Nährstoffkonzentration im Gleichgewicht bleibt. Dies gewährleistet eine milde und langanhaltende Abgabe von Nährstoffen in einer pflanzenverträglichen Konzentration.

Das Kunstharz fungiert nicht nur als Träger für die Nährsalze. Es ist zusätzlich ein Puffer, um den pH-Wert stabil zu halten. Er löst sich nicht auf, sondern lässt nur verbrauchtes Kunstharz-Granulat zurück.

Organische Düngemittel werden oft als Ergänzung zu anorganischem Hydrokulturdünger benutzt, denn anorganischer Dünger ist teurer.^[2][1]

Organische Dünger werden hauptsächlich aus Tiermehl, Asche von Pflanzen oder Tierknochen, Dung von Masttieren und industriellen Pflanzenabfällen hergestellt.

Der ausschließliche Einsatz von organischem Dünger ist jedoch mit einigen Nachteilen verbunden:^[1][2]

1. Da es sich um ein Naturprodukt handelt, variieren die chemischen Zusammensetzungen und Konzentrationen der Nährstoffe stark. Denn diese hängen von vielen Faktoren, wie z. B. der Nahrung des Tieres, ab.
2. Organischer Dünger kann eine Quelle für verschiedene Pflanzenkrankheiten sein.
3. Organischer Dünger ist oft schwer zu verarbeiten, aufgrund der unterschiedlichen Konsistenz und Größe.
4. Organische Dünger können starke Gerüche abgeben.
5. Organischer Dünger kann Ammoniumverbindungen enthalten. Damit diese nicht mikrobiell zu Ammoniak reduziert werden (der in die Luft ausgast und somit als Düngestickstoff nicht mehr zur Verfügung steht) muss wie bei Aquaponik das Ammonium mithilfe von Mikroorganismen in einem aeroben Prozess zu Nitrat umgebaut werden.
6. Wenn fester organischer Dünger verwendet wird, ist eine vorherige Verarbeitung notwendig (Zerkleinern, Sterilisieren, Homogenisieren usw.).

Im Umlaufwasser der Hydroponik reichern sich Exsudate (Ausscheidungsstoffe der Wurzeln) an.

1. ↑ ^{a b c d e} Sholto Douglas, James: Advanced guide to hydroponics: (soiless cultivation). Hrsg.: London: Pelham Books. ISBN 978-0-7207-1571-2. 
2. ↑ ^{a b c d e} J. Benton, Jones: Hydroponics: A Practical Guide for the Soilless Grower (2nd ed.). Hrsg.: Taylor & Francis. ISBN 978-0-8493-3167-1. 
3. ↑ Nährstoffe, private Website des verstorbenen Agrarjournalisten Rainer Maché
4. ↑ Ulrich Eckhardt: Untersuchungen zur Eisenassimilation in Pflanzen. Diss., Humboldt-Universität, Berlin 2000.
5. ↑ J. Benton Jones, Jr.: Complete Guide for Growing Plants Hydroponically. Hrsg.: Taylor & Francis Group, LLC. ISBN 978-1-4398-7669-5. 
6. ↑ Faulkner, S. P.: The Growing Edge. 4. Auflage. Nr. 9, S. 43–49.