Die Ergebnisse zeigen, dass eine auf optimaler Siliziumversorgung basierende Landwirtschaft besser an den globalen Klimawandel angepasst sein könnte.
Pöttinger
Dies liegt insbesondere darin begründet, dass Silizium die Bindung von Phosphor an Bodenelemente verhindert und dessen Verfügbarkeit für Pflanzen erhöht. Zudem unterstützt reaktives Silizium die Wasserspeicherung und -verfügbarkeit im Boden. Das führt dazu, dass Pflanzen bei Dürreperioden weniger Wasserstress ausgesetzt sind und stabilere Erträge erzielt werden können, haben Forschende unter der Leitung des Leibniz-Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) nachgewiesen.
Reaktives Silizium
Reaktives Silizium unterscheidet sich von «normalem» Silizium vor allem in seiner Verfügbarkeit für Pflanzen. Während Silizium in der Erdkruste sehr häufig vorkommt, ist es in Böden meist in unreaktiven, schwer löslichen Verbindungen gebunden, etwa in Form von Quarz oder anderen Silikaten, die sich nur sehr langsam zersetzen und damit kaum Silizium von Pflanzen aufgenommen werden können.
Reaktives Silizium hingegen liegt in einer amorphen, leichter wasserlöslichen Form, zum Beispiel als amorphes Silikat, vor, das Kieselsäure freisetzt, die von Pflanzenwurzeln aufgenommen werden kann. Diese Form kann schnell in den Stoffwechsel der Pflanzen eingebunden werden und verbessert so die Nährstoffaufnahme, die Wasserspeicherung und die Widerstandsfähigkeit gegenüber Stressfaktoren wie Trockenheit und Schädlingen.
Der Weg zu einer Si-basierten Landwirtschaft.
Daniel Puppe/ZALF
Siliziumgehalt erhöhen
Eine zusätzliche Siliziumanreicherung im Boden stärkt die Pflanzen nicht nur gegen Trockenstress. Siliziumeinlagerungen in Pflanzengewebe erhöhen zudem die Abwehrkraft gegen schädliche Pilze und Insekten. Dies sei ein weiteres Argument für eine Silizium-basierte Landwirtschaft: Pflanzen seien durch die erhöhte Nährstoff- und Wasserverfügbarkeit weniger gestresst und widerstandsfähiger gegenüber Krankheiten, wodurch weniger Pflanzenschutzmittel benötigt werden, argumentieren die Autoren der Studie.
Die intensive Landwirtschaft hat in vielen Böden zu einem deutlichen Rückgang des pflanzenverfügbaren und amorphen Siliziums geführt. In einer Übergangsphase sollte der Gehalt an amorphem Silizium im Boden schrittweise erhöht werden, was bereits zu einer Reduktion des Düngemittel- und Pflanzenschutzmitteleinsatzes führen kann.
Strohrückstände einarbeiten
Langfristig zielt das Modell auf ein Agrarsystem mit einem hohen Gehalt an reaktivem Silizium im Boden ab. Durch die Wiedereinarbeitung von Strohrückständen auf dem Feld kann dieser Siliziumgehalt dann beispielsweise konstant gehalten werden, wodurch der Dünger- und der Pflanzenschutzmitteleinsatz nachhaltig reduziert werden können.
Die Forschenden betonen, dass die langfristigen Effekte von Silizium auf die landwirtschaftliche Produktion weiter untersucht werden müssen. Erste Hinweise deuten darauf hin, dass Silizium ebenfalls zu einer höheren Kohlenstoffspeicherung im Boden führt. Um die Auswirkungen auf die Umwelt und die optimalen Anwendungsmethoden besser zu verstehen, sind jedoch weitere Langzeitstudien erforderlich.
«Unsere Studie zeigt, dass Silizium ein vielversprechender Bestandteil für eine nachhaltige Pflanzenproduktion sein kann. Durch gezielte Forschung und die Integration in landwirtschaftliche Systeme kann Silizium zur Stabilisierung von Erträgen beitragen und gleichzeitig die Umwelt schonen», erklärt Jörg Schaller vom ZALF, Erstautor der Studie.
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