Hydrogel in Substraten
Creators: name: Weber, Gabriel
Publisher: name: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Year: 2024
Subjects: Superabsorber
Hydrogel
Wasserspeicher
Nährstoffträger
Bodenverbesserung
Pflanzenwachstum
Wasserstress
Bewässerungseffizienz
635: Gartenpflanzen (Gartenbau)

description: Die vorliegende Arbeit erforscht, wie sich die Verwendung von Hydrogel im Substrat auf die Pflanze und den Boden auswirkt. Mittels Literatur, einem Experteninterview und einem eigenen Versuch wird abgeschätzt, ob es sinnvoll ist, Hydrogel als Beischlagstoff für Baumsubstrate zu verwenden. Zusätzlich wird beurteilt, welches Produkt in welcher Menge eingesetzt werden könnte. 
Da sich synthetische Hydrogele aufgrund der Mikroplastikthematik im Feld nicht durchgesetzt haben, wird für den eigenen Praxisversuch ein neues 100% biologisch abbaubares Produkt getestet. Dieses Lignin-basierte Hydrogel wird aus erneuerbaren Rohstoffen hergestellt und hat eine Langzeitwirkung von 3-5 Jahren. Während 40 Tagen wurden die Auswirkungen des Hydrogels «Agrobiogel» auf 60 Tomatenpflanzen und den Boden evaluiert. Dabei wurde eine Gruppe durchgehend bewässert, während eine zweite Gruppe nur bis zum 23. Tag Wasser bekam. Es zeigt sich, dass Hydrogel die Wasserspeicherkapazität des Bodens deutlich erhöht. Es wird nicht nur der Wassergehalt bei Feldkapazität gesteigert, sondern auch der Wassergehalt am Permanenten Welkepunkt wird erhöht. Der Versuch deutet darauf hin, dass das vom Hydrogel gespeicherte Wasser grösstenteils wieder pflanzenverfügbar ist. Zudem reduziert Hydrogel die Wasserverdunstungsrate aus dem Boden. Dies führt dazu, dass bei der Gruppe mit Bewässerungsstopp diejenigen Pflanzen, die in Hydrogel angereichertem Substrat wachsen, deutlich länger an Höhe zunehmen, geringere Trockenstress-Symptome zeigen und auch ein höheres Frischgewicht erreichen. Bei der Anzahl voll entwickelter Blätter und der Wurzellängen können hingegen keine Unterschiede zwischen den Gruppen festgestellt werden. Die besten Resultate bei der Gruppe mit gestoppter Bewässerung erzielt die Gruppe mit 30 Gramm Hydrogel pro Liter Substrat. Bei den durchgehend bewässerten Gruppen performt die Gruppe mit 20 Gramm Hydrogel pro Liter am besten. Diese Gruppe produziert die höchsten Frischgewichte, was auf eine verbesserte Wassernutzungseffizienz im Vergleich zu den anderen Gruppen hindeutet. 
Daraus kann man schliessen, dass Agrobiogel auf diese Weise ein großes Potenzial hat, um die durch Trockenstress verursachten Schäden zu reduzieren und die Biomassenproduktion zu verbessern. Somit scheint dieses Hydrogel geeignet, um als neue wasserspeichernde Komponente eines Baumsubstrates angewendet zu werden. Junge Bäume könnten durch die verbesserte Wasserverfügbarkeit beim Anwachsen unterstützt werden. Bevor das Hydrogel grossflächig angewendet werden kann, ist weitere Forschung zur Langzeitwirkung, zur Wirtschaftlichkeit und zum Einsatz im Zusammenhang mit verschiedenen Gehölzen und Baumsubstraten nötig. Damit könnte evaluiert werden, ob mit der Beimischung von Agrobiogel ins Baumsubstrat tatsächlich ein verbessertes Pflanzenwachstum erreicht werden kann bei gleichzeitigen Einsparungen von personellen Ressourcen, Wasser und Kosten.
description: The present study investigates how the use of hydrogel in the substrate affects the plant and the soil. Through literature review, an expert interview, and an own experiment, it is assessed whether it makes sense to use hydrogel as an additive for tree substrates. Additionally, it evaluates which product could be used in which quantity. 
Given the limited acceptance of synthetic hydrogels due to microplastic concerns, a new 100% biodegradable product «Agrobiogel» was tested in an own field experiment. This lignin-based hydrogel is made from renewable resources and has a long-term effect of 3-5 years. The effects of Agrobiogel on 60 Solanum lycopersicum and soil were evaluated over a 40-day period. One group was continuously irrigated, while a second group received water only until day 23. 
The results indicate that hydrogel significantly increases water retention capacity of soil. Not only does it enhance water content at field capacity, but it also elevates water content at the permanent wilting point. The experiment suggests that water stored by hydrogel is largely available to plants. Additionally, hydrogel reduces soil water evaporation rate, resulting in taller plants, reduced symptoms of drought stress, and higher fresh weight in the group with discontinued irrigation. However, no differences between the groups can be observed in the number of fully developed leaves and root lengths. The group with discontinued irrigation achieved the best results, with 30 grams of hydrogel per liter of substrate. Among the continuously irrigated groups, the group with 20 grams of hydrogel per liter performed the best. This group produced the highest fresh weights, indicating improved water use efficiency compared to the other groups. Agrobiogel has great potential to reduce damage caused by drought stress and improve biomass production. This hydrogel appears suitable to be used as a new water-retaining component in tree substrates. Young trees could benefit from improved water availability during establishment. However, before the hydrogel can be widely applied, further research on its long-term effects, economic viability, and use with various tree species and substrates is necessary. Thus, it could be evaluated whether the addition of Agrobiogel to tree substrates can actually achieve improved plant growth while saving personnel resources, water, and costs.