Wie Silizium die Phosphatverfügbarkeit und den Kohlenstoffumsatz in Böden beeinflusst

• Antragsteller: Professor Dr. Karsten Kalbitz; Professor Dr. Martin Obst; Professor Dr. Jörg Schaller
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418126534

Phosphor (P) ist ein bedeutendes Element für den Stoffwechsel und Leben generell. Phosphor ist eines der Elemente, welches die Primärproduktion und den Ertrag von Getreide limitieren, weshalb P weltweit in großen Mengen in Form von Dünger auf landwirtschaftlich genutzte Flächen appliziert wird. Während der Gesamtphosphorgehalt von Böden nicht notwendigerweise gering ist, liegt meist ein großer Anteil in einer für die Pflanzen nicht verfügbaren Form vor, etwa als organischer P oder - in Abhängigkeit vom pH-Wert - fest gebunden an Al-Fe oder Ca Minerale. Aufgrund der begrenzten Ressourcen ist daher die Reduktion der notwendigen P-Düngung bei konstantem Ertrag eine der wichtigsten Herausforderungen der Landwirtschaft. Aktuelle Studien deuten darauf hin, dass die höchste P-Verfügbarkeit sehr gut mit dem höchsten Anteil an Silizium (Si) gebundenem P korreliert. Daher möchten wir mit dem beantragten Projekt die Bedeutung von Si auf die P Verfügbarkeit in Böden durch die Mobilisierung von Bindungsplätzen an Al, Fe und Ca Mineralen für eine große Bandbreite an Mineralen und Bindungsformen in Böden untersuchen. Die Si Verfügbarkeit in Böden ist sehr unterschiedlich und reicht von 0.01 bis 2.0 mM. Aktuellste Forschung deutet darauf hin das Si die P Verfügbarkeit und die Bodenrespiration beeinflussen kann. Unsere eigenen Vorabstudien zeigen einen möglicherweise großen Einfluss von Si in Torfböden auf den Kohlenstoff-Umsatz, durch eine Si induzierte P Mobilisierung von Bindungsplätzen an Eisenmineralen. Dies stellt eine vollkommen neue Verbindung von Si mit dem Kohlenstoffkreislauf dar, die möglicherweise Einfluss auf den globalen Kohlenstoffkreislauf hat. Von besonderer Bedeutung für das beantragte Projekt sind Ergebnisse aus unseren Vorabstudien, welche eine erhöhte Konzentration von CO2 und CH4 im Torfböden bei gesteigerter Si Verfügbarkeit zeigen. Weitere Analysen zeigten das Si die Eisenphasen im Boden beeinflusst und zu einer verstärkten P Mobilisierung von den Eisenmineralen führt. Das Ziel unseres beantragten Projektes ist es herauszufinden ob und wie sehr (i) erhöhte Si Verfügbarkeit zu einer Mobilisierung von P von den Bindungsplätzen an Mineralen führt und somit die P Verfügbarkeit erhöht, (ii) Si eine höhere Affinität für die Bindung an Bodenmineralen im Vergleich zu P und Kohlenstoff hat, (iii) höhere Si Verfügbarkeit die Mineralisation von organischem Kohlenstoff steigert, durch die Erhöhung der P Verfügbarkeit, welche in einer verstärkten Kohlenstoffmobilisierung von den Bindungsplätzen resultiert und (iv) der Einfluss von Si auf die P Verfügbarkeit für eine großen pH-Bereich (4 bis 8) wichtig ist. Ein fundamentales Verständnis des Einflusses von Si auf die P Verfügbarkeit ist essentiell, um den landwirtschaftliche Verbrauch an P Dünger bei weiterhin optimaler P Versorgung der Pflanzen sicherzustellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen