Für eine in der Fachzeitschrift “Science of the Total Environment” erschienene Studie unter Leitung des Leibniz-Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) wurden erstmals die Auswirkungen von Silizium-Düngung auf Weizenerträge untersucht.

In einem Feldversuch auf Grenzertragsböden in Brandenburg bildeten die Pflanzen deutlich mehr Biomasse aus: Der Ertrag im Vergleich zur konventionell bewirtschafteten Fläche stieg um 80 %. Auch die Bindung von Kohlenstoff im Boden sowie die Verfügbarkeit von Wasser verbesserten sich durch die Düngung deutlich. Perspektivisch könnte dies die Robustheit der Pflanzen gegenüber Dürreepisoden verbessern.

An Produktivitätssteigerung führt kein Weg vorbei

Um die Versorgung einer wachsenden Weltbevölkerung mit Lebensmitteln sicherzustellen, muss die landwirtschaftliche Produktion wachsen und gleichzeitig ökologisch verträglich bleiben. Entweder muss also der Ertrag pro Fläche steigen oder die Anbaufläche vergrößert werden, ohne dass sich der Energieaufwand für den Anbau erhöht. Derzeitige Landwirtschaftspraktiken sind oft auf eine hohe Düngemittelmenge angewiesen, so das ZALF.

Die Forschungsergebnisse unter Leitung von Dr. Jörg Schaller belegten nun, dass eine Düngung des Ackers mit sogenanntem „amorphen Silikat“ sowohl die Nährstoff- als auch die Wasserverfügbarkeit im Boden erhöhen kann. Im Vergleich zur Kontrolle stieg der Weizenertrag um über 80 % auf den Flächen, die mit einem Prozent Silizium gedüngt wurden.

Mit Silizium gegen die Dürre

Insbesondere die Fähigkeit zur Wasserspeicherung kann neue Potentiale eröffnen: Wie ein Schwamm zieht amorphes Silikat Wassermoleküle an, die sich in einer Gelhülle um den Silikatkern anlagern. „Wenn die oberen 20 cm der Bodenschicht 1 % mehr Silikat haben, haben wir circa 40 % mehr pflanzenverfügbares Wasser“, beschreibt Jörg Schaller das Ergebnis seiner Versuche. In einer Dürreperiode könnte dieses zusätzliche Wasser für die Pflanze bis zum nächsten Regenguss lebenserhaltend sein und damit Ernteverluste mindern.

Besseres Pflanzenwachstum, mehr Kohlenstoffbindung

Durch die verbesserte Wasserverfügbarkeit im Boden nahm die Pflanzenbiomasse nach der Silizium-Düngung um etwa 50 % zu. Im Ergebnis wird mehr Biomasse gebildet und die Erträge steigen. Durch die erhöhte Biomasseproduktion gelangt auch mehr organischer Kohlenstoff in Form von Stroh in den Boden, der dort fixiert wird, und damit die Bodenfruchtbarkeit verbessert.

„Natürliche, wenig beeinflusste Böden enthalten 6 bis 7 % amorphes Silikat“, erklärt Schaller. Pflanzen reichern die 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.

„Wer sich schon einmal an Schneidegras geschnitten hat, weiß, was gemeint ist“, 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 lagert diese als amorphe Silikate in der Biomasse ein. Mit der Ernte verschwindet ein Teil davon dann wieder aus dem Kreislauf und dem Boden. Agrarböden, die seit Jahrzehnten oder Jahrhunderten genutzt werden, verarmten allmählich. Heute besitzen sie nur noch einen Bruchteil des ursprünglichen Gehalts an amorphem Silikat – meist deutlich weniger als 1 %.

Risiken müssen weiter beforscht werden

Insbesondere zu möglichen negativen Auswirkungen bedarf es aber noch weiterer Forschung. Wird etwa zu viel amorphes Silikat auf das Feld gebracht, könnten große Mengen Nährstoff in kurzer Zeit freigesetzt werden. Im ungünstigsten Fall werden die Nährstoffe ausgewaschen und gelangen in Gewässer, wo die Entstehung von Algen angeregt werden könnte.

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. Insgesamt könnte die Düngung mit Silizium eine nachhaltigere und umweltfreundlichere Option für die Pflanzenproduktion darstellen und gleichzeitig den Klimawandel abschwächen.