Pflanzenschutzmittel und Dünger einsparen mit Silizium

fTeilen

Forschende unter der Leitung des Leibniz-Zentrums für
Agrarlandschaftsforschung (ZALF) untersuchten in einer neuen Studie im
Journal npj Sustainable Agriculture Research das Potenzial von sog.
reaktivem Silizium für eine nachhaltigere Landwirtschaft.

Die Ergebnisse
zeigen, dass eine auf optimaler Siliziumversorgung basierende
Landwirtschaft besser an den globalen Klimawandel angepasst sein könnte:
In einem System mit ausreichendem Gehalt an amorphem Silizium im Boden
werden weniger Phosphordünger und Pflanzenschutzmittel benötigt und die
Wasserspeicherung im Boden wird verbessert. Das von Pflanzen aufgenommene
Silizium schützt die Pflanzen zudem vor schädlichen Pilzen und Insekten.

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.

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.

Verringerung des Pflanzenschutzmitteleinsatzes durch Siliziumanreicherung

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.

Übergang zu einem siliziumreichen Agrarsystem

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. 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.

Forschungsbedarf zu langfristigen Effekten

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 apl. Prof. Jörg Schaller vom ZALF, Erstautor der Studie.

Projektpartner:

- Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF)
- Universität Gießen
- Brandenburgische Technische Universität Cottbus
- Universität Bonn
- Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Förderhinweis:

Die Studie wurde aus Haushaltsmitteln finanziert.

Hinweis zum Text:

Dies ist eine mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz erstellte
Zusammenfassung des Originaltextes: Schaller, J., Webber, H., Ewert, F.,
Stein, M., Puppe, D. (2024). Silicon-enhanced sustainable crop production.
Journal of Sustainable Agriculture Research. DOI:
https://doi.org/10.1038/s44264-024-00035-z​, veröffentlicht unter der
Lizenz CC BY 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.​​ Der Text
wurde unter den Gesichtspunkten der KI-Regelungen am ZALF sorgfältig
überprüft und überarbeitet.