Biogenes Silicium in Agrarlandschaften (BiSiAL): Quantifizierung, qualitative Charakterisierung und Bedeutung für die Silicium-Bilanz agrarisch genutzter Biogeosysteme

• Antragsteller: Dr. Daniel Puppe
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397529835

Obwohl Silicium (Si) für Pflanzen generell als nicht essentiell angesehen wird, können diese von der Si-Akkumulation in vielerlei Hinsicht profitieren. Durch Bildung Si-haltiger Strukturen wird z.B. das Pflanzenwachstum gesteigert und die Pflanzen zeigen eine erhöhte Resistenz gegenüber abiotischem (z.B. Wassermangel) und biotischem Stress (z.B. Pilzbefall). Diverse Faktoren tragen allerdings zur Limitierung der pflanzenverfügbaren Si-Fraktion in Böden bei. Bezüglich agrarisch genutzter Biogeosysteme ist es deshalb von grundlegender Bedeutung, die Größe und entsprechende Steuerfaktoren der pflanzenverfügbaren Si-Fraktion detailliert zu analysieren. Gelöstes Si (Si(OH)4) wird von einer Vielzahl von Organismen zur Synthese (= Biosilifikation) biogener Si-haltiger (BSi) Strukturen (SiO2 x nH2O) genutzt. Aufgrund seiner relativ hohen Löslichkeit im Vergleich zu mineralischen Si-Verbindungen stellt BSi eine wichtige Quelle für pflanzenverfügbares Si dar. Durch Kombination moderner mikroskopischer und spektroskopischer Methoden (konfokale Laserscanningmikroskopie, FTIR-Mikroskopie) soll eine Quantifizierung einzelner BSi-Pools und Analyse physikochemischer Oberflächeneigenschaften entsprechender BSi-Strukturen realisiert werden, die mit etablierten alkalischen Extraktionsmethoden nicht möglich ist.Durch intensive Landnutzung greift der Mensch aktiv in den Si-Stoffkreislauf ein. Hauptsächlich bedingt durch den erntebedingten Si-Export und verstärkte Bodenerosion kann in agrarisch genutzten Böden eine Abnahme der pflanzenverfügbaren Si-Fraktion festgestellt werden (= anthropogene Desilifikation). Allein durch das Ernten werden jährlich schätzungsweise bis zu 100 kg Si ha-1 aus Agrarökosystemen exportiert. Trotz dieser Kenntnisse gibt es bislang lediglich lückenhafte empirische Befunde zur Si-Bilanz (Ist-Zustand, Si-Einträge und Si-Austräge) agrarisch genutzter Biogeosysteme. Die Ziele des beantragten Projekts lauten deshalb:i) Erstellung vollständiger Si-Bilanzen von Ackerstandorten.ii) Identifikation von Steuerfaktoren, welche die Si-Bilanz beeinflussen (Erosionsgrad, BSi-Pools etc.).iii) Aufklärung der zeitlichen Entwicklung der pflanzenverfügbaren Si-Fraktion und der BSi-Pools in ackerbaulich genutzten Böden.iv) Quantifizierung von BSi-Pools und qualitative Charakterisierung biogener Si-Strukturen in ackerbaulich genutzten Biogeosystemen.Zur Verwirklichung dieser Ziele sind am Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) weltweit einmalige Voraussetzungen bezüglich der experimentellen Infrastruktur (instrumentierte Experimentalfläche CarboZALF-D und Dauerfeldversuch V140) gegeben. Die Ergebnisse des angestrebten Projekts sollen zu einem grundlegenden Verständnis der anthropogenen Desilifikation und ihrer Auswirkungen in agrarisch genutzten Biogeosystemen beitragen. Aus den hierbei gewonnenen Erkenntnissen können außerdem praxisorientierte Empfehlungen zur Begrenzung oder Vermeidung der anthropogenen Desilifikation abgeleitet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen