In Zusammenarbeit mit: Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.

Geschützt: Mit Silizium gegen die Dürre

Boden Klimafolgen Klimawandel Landwirtschaft Nachhaltigkeit

Text: Heike Kampe

Die vergangenen Dürrejahre haben es eindrucksvoll gezeigt: Auch in Mitteleuropa kann der Niederschlag so knapp werden, dass die Ernte gefährdet ist. Landwirte entwickeln neue Bewässerungsstrategien oder suchen nach trockenresistenten Sorten. Der ZALF-Forscher Jörg Schaller betrachtet das Problem von einer ganz anderen Seite. Im Mittelpunkt seiner Forschung steht der Agrarboden. Und ein Stoff, den man nahezu unbegrenzt herstellen kann: Amorphes Silikat steigert die Wasserspeicherfähigkeit und beeinflusst den Nährstoffverfügbarkeit positiv. Eine Silikatdüngung könnte in Zukunft gleich mehrere Probleme der modernen Landwirtschaft lösen.

“Es könnte ruhig mal acht Wochen trocken sein”

Eigentlich wünscht sich ein Forscher, der Agrarsysteme untersucht, keine lang andauernde Trockenheit. Bei Jörg Schaller ist es in diesem Jahr ausnahmsweise anders. Der Forscher hat gerade einen Feldversuch gestartet, bei dem der ausgesäte Sommerweizen möglichst wenig Regen abbekommen soll. „Von mir aus könnte es ruhig mal acht Wochen trocken sein“, sagt er mit einem Augenzwinkern. Schaller möchte beobachten, wie sich seine Pflanzen dann entwickeln. In den Boden seiner Versuchsfelder am Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V. in Müncheberg hat er mit seinem Team eine Substanz eingearbeitet, die den Trockenstress mindern soll. Aber die erhofften Unterschiede zu den Kontrollflächen wird er nur beobachten können, wenn es kein feuchter Sommer wird.

Das Wundermittel des Biogeochemikers ist sogenanntes „amorphes Silikat“ – ein Sammelbegriff für viele verschiedene Verbindungen, deren Kern aber immer Silizium ist. Eine davon kennt jeder: Es ist Fensterglas. Schallers Forschungsobjekte sind jedoch natürlich vorkommende amorphe Silikate im Boden – mikrometergroße Komplexe aus Silizium, Sauerstoff und Wassermolekülen, die in der Forschung bisher wenig beachtet wurden, aber auf den Nährstoff- und Wasserhaushalt enormen Einfluss haben.

Die Landwirtschaft unterbricht den natürlichen Silikat-Kreislauf

„Natürliche, wenig beeinflusste Böden enthalten sechs bis sieben Prozent amorphes Silikat“, erklärt Schaller. Pflanzen reichern diese hochreaktiven Siliziumverbindungen, die aus der Verwitterung von Gestein entstehen, als sogenannte Pflanzenopale in ihren Stängeln und Blättern an. Hier verleihen sie Stabilität und wehren auch Fraßfeinde ab. „Wenn Sie sich schon einmal an Schneidegras geschnitten haben, wissen Sie, was ich meine“, sagt Schaller. In natürlichen Systemen gehen die Verbindungen wieder in den Boden über, sobald die Pflanze abstirbt und verrottet.

Auf landwirtschaftlich genutzten Flächen ist dieser Kreislauf unterbrochen. Vor allem Getreide nimmt große Mengen Kieselsäure über die Wurzeln aus dem Boden auf und lagern diese als amorphe Silikate in der Biomasse ein. Mit der Ernte verschwindet ein Teil davon aus dem Kreislauf und dem Boden – jedes Jahr ein kleines bisschen. Agrarböden, die seit Jahrzehnten oder Jahrhunderten genutzt werden, verarmten allmählich. Heute besitzen sie nur noch einen Bruchteil des ursprünglichen Gehalts an amorphem Silikat – meist weniger als ein Prozent.

Mit der Getreideernte verschwinden auch amorphe Silikate nach und nach aus dem Boden. © kie-ker | Pixabay.

Von der Forschung in die Praxis

Jörg Schaller schätzt das Potenzial dieses Effekts als enorm ein: Die Phosphordüngung könnte damit für Jahrzehnte überflüssig werden. „Gerade in eisenreichen Böden sind unheimlich große Phosphormengen gespeichert“, betont der Forscher. Angesichts weltweit schwindender Phosphorvorkommen könnte die Silikatdüngung eine wirkungsvolle Alternative zur bisherigen Praxis sein. Für seine Versuche hat Schaller es als feines Pulver eingekauft. Da es in der Industrie ein Basisstoff für Lacke oder Farben ist, stellenweise sogar als Abfallprodukt anfällt, ist es leicht zu beschaffen. „Es kann aus vielen Siliziummineralen hergestellt werden (z.B. Sand) und ist damit quasi unbegrenzt verfügbar“, erklärt der Forscher.

Einen Haken gibt es aber dennoch, denn die Mobilisierung von Phosphor kann ungewollte Folgen haben. Wird zu viel amorphes Silikat aufs Feld gebracht, könnten große Mengen Nährstoff in kurzer Zeit freigesetzt werden. Im ungünstigsten Fall werden die Nährstoffe ausgewaschen und gelangen in Gewässer, wo dann Massenvermehrungen von Algen drohen. „Hier brauchen wir noch viel Forschung, welche Mengen bei welchen Bodenarten und Pflanzen sinnvoll sind“, sagt Jörg Schaller, der noch auf der Suche nach der richtigen Balance in diesem System ist. In jedem Fall ist die Siliziumdüngung eine einmalige Maßnahme, um die Bodenvorräte wieder aufzustocken. Einmal in den Boden gebracht, sollten die Effekte der Düngung einige Jahrzehnte andauern.

Der Sommerweizen auf den Versuchsfeldern des ZALF soll dazu nun erste Daten liefern. Jörg Schaller erhält inzwischen schon Anfragen aus der Landwirtschaft, wo händeringend nach Lösungen vor allem gegen die zunehmenden Trockenperioden gesucht wird. „Es sind große Themen der Landwirtschaft, wenn nicht sogar die größten dieser Zeit“, sagt er. Die Erwartungen muss er trotzdem noch etwas dämpfen: „Wir haben sehr viel Weg vor uns, bevor wir tatsächlich Handlungsempfehlungen geben können und die Methode in die Praxis gehen kann. Aber in fünf Jahren rechne ich mit ersten Anwendungen.“

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Institution: Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V.
Ansprechpartner/in: Jörg Schaller

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