ZALF: Weniger Treibhausgase vom Acker mit Silizium

Forschende des ZALF haben in einem Feldversuch bei Müncheberg gezeigt, dass eine einmalige Düngung mit amorphem Silikat dafür sorgt, dass Stickstoffdünger im Boden effizienter aufgenommen werden. So können Lachgasemissionen, die potenziell aus Stickstoffüberschüssen entstehen, um mehr als 30 % gesenkt werden – ein vielversprechender Ansatz für eine nachhaltigere Landwirtschaft. Die Ergebnisse wurden nun in der Fachzeitschrift Frontiers in Environmental Science veröffentlicht.

Das klimawirksame Lachgas (N₂O) entsteht im Boden vor allem durch Mikroorganismen, die unter bestimmten Bedingungen überschüssigen Stickstoff in Lachgas umwandeln. „Wir wissen bereits, dass amorphes Silikat die Verfügbarkeit von Wasser und Nährstoffen im Boden erhöht. Dazu kommt, dass die Pflanzen über ein verbessertes Wachstum insgesamt mehr Stickstoff aufnehmen können. Dadurch bleibt weniger überschüssiger Stickstoff für die Mikroorganismen übrig, die Lachgas freisetzen.“, erklärt Prof. Jörg Schaller, Leiter der Arbeitsgruppe Silizium-Biogeochemie am ZALF.

Im Boden kann amorphes Silikat große Mengen Wasser speichern und dabei Kieselsäure freisetzen, die Pflanzen direkt aufnehmen können. Damit unterscheidet es sich von anderen Siliziumverbindungen wie Sand oder Gesteinen, die zwar reichlich im Boden vorkommen, für Pflanzen aber kaum verfügbar sind. In landwirtschaftlich genutzten Böden ist amorphes Silikat oft knapp, da es von Ackerkulturen in deren Gewebe eingelagert und mit der Ernte vom Feld entfernt wird. Über Jahrzehnte der landwirtschaftlichen Nutzung schrumpfen so die Vorräte im Boden. Dass dies auch die Lachgasemissionen beeinflussen könnte, zeigt die aktuelle Untersuchung.

So wurde der Feldversuch durchgeführt

Auf der Versuchsfläche bei Müncheberg in Brandenburg brachten die Forschenden im Jahr 2020 einmalig amorphes Silikat aus, um die natürlichen Vorräte wieder auf das Niveau vor der landwirtschaftlichen Nutzung anzuheben. Kontrollparzellen ohne diese Düngung dienten als Vergleich. „Um die Lachgasemissionen auf den Flächen zu messen, arbeiteten wir mit eigens dafür angefertigten Messkammern. So können wir die Emissionen räumlich genau erfassen und analysieren, wie sich die behandelten und unbehandelten Flächen voneinander unterscheiden“, erklärt Dr. Mathias Hoffmann von der Arbeitsgruppe Isotopen-Biogeochemie & Gasflüsse am ZALF und Erstautor der Studie.
Darüber hinaus analysierten die Forscherinnen und Forscher Bodenfeuchte, Temperatur und Nährstoffgehalte auf den Versuchsflächen und untersuchten die Wirkung von amorphem Silikat auf den Boden und die Pflanzenentwicklung.

Im Feldversuch stellten sie weitere positive Aspekte der Düngung mit amorphem Silikat fest, die sie bereits in verschiedenen Publikationen beschrieben haben:

• Bessere Nährstoffverfügbarkeit: Der wichtige Pflanzennährstoff Phosphor wird in Böden mit amorphem Silikat weniger stark an Bodenpartikel gebunden und steht den Pflanzen besser zur Verfügung.
• Optimierte Wasserspeicherung: Amorphes Silikat bindet Wassermoleküle und sorgt dafür, dass Wasser länger in den oberen Bodenschichten verfügbar bleibt.
• Höhere Erträge: Weizenkulturen zeigten nach der Düngung mit amorphem Silikat deutliche Ertragssteigerungen.
• Stärkeres Bodenmikrobiom: Die Forschenden fanden nach der Düngung mit amorphem Silikat mehr nützliche Mikroorganismen im Boden, die wichtige Funktionen für das Ökosystem erfüllen.