Siliziumdünger zur Phosphor-Einsparung? Vorteile, Nachteile & Einsatz

Amorphes Silikat könnte der Schlüssel zur Lösung eines der drängendsten Probleme in der Landwirtschaft sein: die schwindenden Phosphorvorkommen. Eine gezielte Siliziumdüngung hat in Feldversuchen gezeigt, dass sie Phosphat mobilisieren und so die Kosten für Düngung drastisch senken kann - eine nachhaltige Alternative, die nicht nur die Erträge steigert, sondern auch die Abhängigkeit von mineralischen Düngemitteln reduziert.

Kernaussagen

• Steigerung der Erträge durch Silizium: Siliziumdünger verbessert die Pflanzenresistenz, fördert die Photosynthese und kann den Ertrag um bis zu 25 % steigern, indem er die Wurzelentwicklung und Nährstoffaufnahme optimiert.
• Reduzierung der Phosphordüngung: Durch die Mobilisierung von im Boden gebundenem Phosphat kann amorphes Silikat die Notwendigkeit für zusätzliche Phosphordüngung erheblich senken und bietet so eine nachhaltige Lösung angesichts der begrenzten Phosphorvorkommen.
• Verbesserung der Bodenstruktur und Wasserhaltefähigkeit: Silizium erhöht die Wasserspeicherfähigkeit des Bodens und stärkt die Bodenstruktur, was besonders in Trockenperioden zu einer besseren Wasserverfügbarkeit führt.

Zuallererst: Was ist Silizium und woher kommt es?

Die Verfügbarkeit von Silizium für Pflanzen ist in den meisten landwirtschaftlichen Böden unzureichend. Begründen lässt es sich so: Getreide nimmt große Mengen Silizium in Form von Kieselsäure über die Wurzeln aus dem Boden auf und lagert diese als amorphe Silikate in der Biomasse ein. Mit der Ernte des Getreides verschwindet ein Teil davon aus dem Boden, während diese Silizium-Verbindungen in natürlichen Systemen wieder in den Boden eingespeist werden, sobald die Pflanze abstirbt und verrottet. Bleiben Ernterückstände auf dem Schlag zurück, sind die Verluste deutlich geringer. Klim vergütet den Verbleib der Ernterückstände zudem monetär.

Weltweit kommt Silikat in Form von Basalt als Vulkangestein vor. Basaltdünger verwittert relativ schnell und kann dabei wertvolle Nährstoffe für das Pflanzenwachstum freisetzen. Neben Basalt gibt es weitere Quellen für Silizium, wie Diatomeenerde, ein biologisches Sedimentgestein, das aus den fossilen Überresten von Kieselalgen besteht und hohe Mengen an pflanzenverfügbarem Silizium enthält.

Industrieabfälle wie diverse Schlacken aus der Stahl- und Eisenproduktion sind als potenzielle Siliziumdünger bekannt. Eine wichtige Überlegung ist allerdings, dass diese Silikatquellen, die aus industriellen Nebenprodukten gewonnen werden, oft einen hohen Anteil an Schwermetallen enthalten, die für Pflanzen und die Umwelt sehr giftig sind. Daher ist es wichtig, die Reinheit und Sicherheit dieser Materialien zu überprüfen, bevor sie in der Landwirtschaft eingesetzt werden.

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Wir von Klim erkennen die Bedeutung von alternativen Düngemitteln in der Landwirtschaft und bieten Landwirten bei der Umstellung auf vermehrt organische Düngung finanzielle Anreize für die Reduzierung der Emissionen und die Speicherung von CO2 im Boden. Landwirte werden für die vermehrte organische Düngung und die damit einhergehende Reduktion mineralischer Düngemittel belohnt, was zusätzlich zur Optimierung der Bodengesundheit und zum Klimaschutz beiträgt.

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Siliziumanreicherung als Alternative zur Phosphatdüngung?

Das aktuelle Problem mit Phosphat:

Ein großer Teil des Phosphats ist fest an Bodenpartikel gebunden und damit nicht pflanzenverfügbar. Insbesondere in eisen-reichen Böden sind große Phosphormengen gespeichert. Das ist ein Problem für Pflanzen und Landwirte, da das gebundene Phosphat für die Pflanzen nicht verfügbar ist und somit nicht zur Nährstoffversorgung beiträgt. Die unumgängliche Folge: Trotz hoher Phosphorvorkommen im Boden müssen zusätzliche Düngemittel eingesetzt werden, um den Phosphorbedarf der Pflanzen zu decken. Das wiederum kann zu einer Überdüngung führen, was beispielsweise in Form von Eutrophierung negative Auswirkungen auf die Umwelt haben kann. Für Landwirte stellt die P-Düngung zudem einen enormen Kostenfaktor und einen ineffizienten Ressourceneinsatz dar.

Amorphes Silikat als Lösung?

In Labor- und Freilandversuchen konnte nachgewiesen werden, dass amorphes Silikat im Boden Phosphat als wichtigen Pflanzennährstoff mobilisieren kann.

Amorphes Silikat kann Phosphor aus seiner festen Bindung lösen und ihn damit für Pflanzen verfügbar machen. So könnte die Phosphordüngung für Jahrzehnte reduziert werden, da fest gebundenes Phosphat aus den Böden mobilisiert wird. Angesichts weltweit schwindender Phosphorvorkommen könnte dies eine wirkungsvolle Alternative zur bisherigen Praxis sein. Es wäre ein nicht zu unterschätzender Beitrag zur globalen Ernährungssicherheit. Zusätzlich könnte die Verwendung von Silizium die Abhängigkeit von mineralischen Düngemitteln verringern und somit die landwirtschaftlichen Produktionskosten und die Umweltbelastung reduzieren.

Vorteile von Silizium als Düngemittel

Silizium ist kein essentieller Nährstoff wie Stickstoff oder Phosphor, aber seine positiven Effekte auf die Pflanzenentwicklung und die Widerstandsfähigkeit gegen Stress machen es zu einem wichtigen sekundären Nährstoff in der Landwirtschaft. Besonders in Stresssituationen und in intensiv bewirtschafteten Agrarsystemen kann die Silizium-Düngung die den Ertrag erheblich steigern:

• Verbesserte Wasserspeicherung: Wie ein Schwamm kann amorphes Silikat Wassermoleküle anziehen, die sich in einer Gel-Hülle um den Silikatkern anlagern. Wenn die oberen 20 Zentimeter der Bodenschicht ein Prozent mehr Silikat haben, kann das zu 40 % mehr pflanzenverfügbarem Wasser führen. In einer Dürreperiode könnte dieses zusätzliche Wasser für die Pflanze bis zum nächsten Regenfall lebenserhaltend sein und Ernteverluste mindern.

• Erhöhung der Schädlingsresistenz: Pflanzen können diese hoch reaktiven Siliziumverbindungen, die aus der Verwitterung von Gestein entstehen, als Pflanzen Opale in Stängeln und Blättern anreichern. Sie verleihen Stabilität durch Festigung der Zellwand und wehren Fraßfeinde durch Bildung einer physischen Barriere in den Epidermisschichten ab. Saugende und blattfressende Raupen haben zudem eine geringere Vorliebe für kieselsäurereiches Pflanzengewebe.
• Ertragssteigerung: Durchschnittlich kann die Siliziumdüngung den Ertrag um bis zu zehn bis 25 % erhöhen. Silizium beeinflusst die Wurzelentwicklung positiv, was in einer besseren Nährstoffaufnahme und einem insgesamt gesünderen Pflanzenwachstum resultiert. Dies trägt zu höheren Erträgen und einer verbesserten Qualität der landwirtschaftlichen Produkte bei.
• Verbesserung der Bodenstruktur: Die Bodenstruktur wird insgesamt durch die Bildung der Silikat-Gelkomplexe verbessert und die Wasserinfiltration erhöht. Diese regt wiederum die Mikrobenaktivität an, die ebenfalls die Bodenfruchtbarkeit verbessert.

Nachteile: Warum wird Silizium nicht als Standard-Düngemittel verwendet?

1. Variabler Bedarf und Bodenverfügbarkeit

• Natürliche Verfügbarkeit: In vielen Böden ist Silizium in ausreichenden Mengen vorhanden, da es das zweithäufigste Element in der Erdkruste ist. Nicht alle Böden benötigen daher eine zusätzliche Siliziumzufuhr.
• Unterschiedlicher Bedarf: Der Siliziumbedarf variiert je nach Pflanzenart stark. Reis, Weizen, Gerste oder Hirse, die als "Silizium-Akkumulatoren" gelten, profitieren deutlich von Siliziumdüngung, während andere Pflanzenarten weniger Nutzen daraus ziehen. Untersuchungen zeigen, dass Leguminosen weniger von Siliziumdüngung profitieren, da ihre natürliche Widerstandsfähigkeit und Nährstoffaufnahme nicht stark von Silizium abhängen. ​Dies führt dazu, dass Siliziumdünger nur in spezifischen Fällen zum Einsatz kommt.

2. Mangelndes Bewusstsein und Forschungslücken

• Mangel an Bewusstsein: Obwohl die Forschung die Vorteile von Silizium in Bezug auf Pflanzenstärkung und Stressresistenz zunehmend belegt, ist das Bewusstsein für diese Vorteile in der landwirtschaftlichen Praxis noch begrenzt.

• Unklare Standardisierungen: Es fehlt zudem oft an klaren Richtlinien und Standardisierungen für die Anwendung von Siliziumdünger, was die Verbreitung und den Einsatz behindert.

3. Kosten und Verfügbarkeit

• Höhere Kosten: Siliziumdünger sind in der Regel teurer als herkömmliche Düngemittel wie Stickstoff-, Phosphor- oder Kaliumdünger. Die höheren Produktions- und Transportkosten resultieren oft aus der speziellen Verarbeitung und der geringeren Nachfrage. Aufgrund der niedrigeren Nachfrage ist Siliziumdünger weniger weit verbreitet und schwieriger zu beziehen.

4. Wissenschaftliche und Praktische Herausforderungen

• Anwendung und Effizienz: Die Wirksamkeit von Siliziumdünger hängt stark von der Form des Siliziums und der Art der Applikation ab. Amorphes Silikat, das in der Lage ist, Phosphat zu mobilisieren, muss beispielsweise gezielt und in der richtigen Menge angewendet werden, was in der Praxis eine Herausforderung darstellen kann.
• Langfristige Effekte: Während kurzfristige Effekte gut dokumentiert sind, sind die langfristigen Auswirkungen der kontinuierlichen Siliziumdüngung auf Böden und unterschiedliche Kulturen aktuell noch weniger gut erforscht.

Risiko der Anwendung

Wird zu viel amorphes Silikat aufs Feld gebracht, könnten große Mengen Phosphor in kurzer Zeit mobilisiert werden. Im ungünstigsten Fall kommt es zur Eutrophierung und die Nährstoffe werden ausgewaschen und gelangen in Gewässer, wo dann Massenvermehrungen von Algen drohen. Es wird noch weitere Forschung benötigt, um herauszufinden, welche Mengen Siliziumdünger für welche Bodenarten und Pflanzen sinnvoll sind.

Eine Überdosierung kann auch die chemische Zusammensetzung des Bodens negativ beeinflussen und zu Ungleichgewichten bei anderen Nährstoffgruppen führen. Daher ist eine sorgfältige Planung der Siliziumdüngung notwendig, um die Vorteile zu nutzen und potenzielle Risiken zu minimieren.

Natürliche Silikat Quellen

Pflanzenkohle

Pflanzenkohle wird oft zur Optimierung der Bodenqualität, zur Kohlenstoffbindung, zur Verringerung der Toxizität von Schwermetallen in Pflanzen sowie als Quelle für Pflanzennährstoffe eingesetzt.

Pflanzenkohle kann aber auch auf natürliche Weise den pflanzenverfügbaren Siliziumgehalt im Boden erhöhen. Besonders Pflanzenkohle, die aus landwirtschaftlichen Ernterückständen wie Reis- und Weizenhalmen, Zuckerrohrschalen oder Holzspänen hergestellt wird, kann eine große Menge an verfügbarem Silizum enthalten, da diese Pflanzen Silizium-Akkumulatoren sind.

Biokohle könnte besonders für die langsame Freisetzung von biologisch verfügbarem Silizium in landwirtschaftlichen Böden dienen. Allerdings hängt die Freisetzung von mehreren Faktoren wie der Aufbereitungstemperatur und dem Ausgangsmaterial ab.

Klärschlamm

Klärschlamm wird zunehmend als wertvolle Ressource, insbesondere als Quelle für Phosphor, in der Landwirtschaft anerkannt. Die Nutzung von Klärschlamm kann ebenfalls dazu beitragen, die Abhängigkeit von mineralischem Phosphordünger zu verringern und gleichzeitig die Kreislaufwirtschaft zu fördern. Bei der richtigen Aufbereitung und Anwendung kann Klärschlamm eine nachhaltige Lösung zur Optimierung der Bodenfruchtbarkeit bieten und die Umweltbelastung durch mineralische Düngemittel reduzieren. Die langfristige Nutzung könnte zudem die landwirtschaftlichen Produktionskosten senken.

Der aus kommunalen Kläranlagen gewonnene Klärschlamm bietet eine alternative Quelle, doch bislang wird nur ein Bruchteil des Phosphors daraus zurückgewonnen. Ab 2029 wird die Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlamm in Deutschland gesetzlich verpflichtend.

Malzrückstände

Malzrückstände, die in Brauereien als Abfallprodukt entstehen, enthalten große Mengen an amorphen Silikaten aus den Spelzen der Braugerste. Diese Rückstände könnten in der Landwirtschaft als Bodenhilfsstoff genutzt werden, da die enthaltenen Silikate dazu beitragen können, die Bodenstruktur zu verbessern und Phosphor zu mobilisieren.

Obwohl die Nutzung von Malzrückständen in der Landwirtschaft noch nicht weit verbreitet ist, bieten sie eine potenzielle Möglichkeit, Abfallmengen zu reduzieren und gleichzeitig den Bedarf an mineralischen Zusatzstoffen zu verringern. Die wirtschaftliche Rentabilität und der praktische Nutzen dieser Anwendung müssen jedoch weiter untersucht werden, um ihren breiteren Einsatz zu rechtfertigen.

Fazit

Siliziumdüngung könnte ein wichtiger Baustein für eine widerstandsfähige und nachhaltige Landwirtschaft werden. Die Forschung zeigt, dass Silizium nicht nur die Pflanzenresistenz stärkt und den Ertrag erhöht, sondern auch Phosphat im Boden mobilisieren kann, was die Abhängigkeit von knappen Düngemitteln verringert. Besonders in Zeiten von Dürren und steigenden Produktionskosten bietet Silizium das Potenzial, die Erträge zukunftssicher zu gestalten. Langfristig könnte die Anwendung von Siliziumdüngern dazu beitragen, Ernteausfälle zu minimieren und den ökologischen Fußabdruck zu reduzieren.

FAQs

Welche Bedeutung hat die organische Düngung für die Regenerative Landwirtschaft?

Organische Düngung spielt eine zentrale Rolle in der Regenerativen Landwirtschaft, da sie die Bodenfruchtbarkeit und die biologische Vielfalt fördert. Durch den Einsatz von Kompost, Mist und anderen organischen Materialien wird der Humusgehalt im Boden erhöht, was die Bodenstruktur verbessert und die Wasserhaltefähigkeit steigert. Zudem reduziert organische Düngung die Abhängigkeit von mineralischen Dünge- und Pflanzenschutzmitteln, was zu einer nachhaltigeren Landwirtschaft beiträgt.

Warum ist eine gute Wasserhaltekapazität der Böden anstrebsam?

Eine gute Wasserhaltekapazität der Böden ist äußerst erstrebenswert, da sie den Bewässerungsbedarf reduziert und somit Wasserressourcen schont. Böden mit hoher Wasserhaltefähigkeit unterstützen das Pflanzenwachstum und tragen insbesondere in Trockenperioden zu stabileren Erträgen bei. Darüber hinaus hilft eine verbesserte Wasserhaltekapazität, die negativen Auswirkungen von Dürren und Extremwetterereignissen zu minimieren, indem sie die Feuchtigkeit länger im Boden hält und somit die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen erhöht.

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