Lachgas (N₂O), ein Treibhausgas mit einer bis zu 300-fach stärkeren Klimawirksamkeit als Kohlenstoffdioxid (CO2), wird zu einem erheblichen Teil durch landwirtschaftliche Aktivitäten freigesetzt. Forschende des Leibniz-Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) haben nun in einer Feldstudie bei Müncheberg demonstriert, dass eine einmalige Ausbringung von amorphem Silikat die Stickstoffaufnahme im Boden verbessert und dadurch Lachgasemissionen, die aus überschüssigem Stickstoff entstehen, um mehr als 30 Prozent reduziert werden. Das könnte ein interessanter Lösungsansatz für mehr Nachhaltigkeit in der Landwirtschaft sein.
Jörg Schaller, Leiter der Arbeitsgruppe Silizium-Biogeochemie am ZALF, erläutert den Entstehungsprozess von Lachgas im Boden: „Unter bestimmten Bedingungen wandeln Mikroorganismen überschüssigen Stickstoff in Lachgas um. Wir wissen bereits, dass amorphes Silikat die Verfügbarkeit von Wasser und Nährstoffen im Boden erhöht. Zusätzlich können die Pflanzen durch ein verbessertes Wachstum insgesamt mehr Stickstoff aufnehmen. Dadurch bleibt weniger Stickstoff für die Mikroorganismen übrig, die Lachgas freisetzen.“ Im Gegensatz zu anderen Siliziumverbindungen wie Sand oder Gesteinen, die zwar reichlich im Boden vorkommen, aber für Pflanzen kaum verfügbar sind, kann amorphes Silikat große Mengen Wasser speichern und dabei pflanzenverfügbare Kieselsäure freisetzen.
Nur amorphes Silikat reduziert Treibhausgasemissionen
In landwirtschaftlich genutzten Böden besteht oft ein Mangel an amorphem Silikat, da es von Ackerkulturen in deren Gewebe eingelagert und mit der Ernte vom Feld entfernt wird. Durch jahrzehntelange landwirtschaftlichen Nutzung nehmen die Vorräte im Boden stetig ab. Die aktuelle Untersuchung zeigt, dass dieser Mangel auch Auswirkungen auf die Freisetzung des Treibhausgases Lachgas hat. Um die Lachgasemissionen auf den Versuchsflächen präzise zu messen, setzten die Forschenden speziell angefertigte Messkammern ein. Mathias Hoffmann von der Arbeitsgruppe Isotopen-Biogeochemie & Gasflüsse am ZALF und Erstautor der Studie erklärt: „So können wir die Emissionen räumlich genau erfassen und analysieren, wie sich die behandelten und unbehandelten Flächen voneinander unterscheiden.“
Die Forschenden analysierten zudem 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. Dazu gehören eine bessere Nährstoffverfügbarkeit, insbesondere von Phosphor, eine bessere Wasserspeicherung in den oberen Bodenschichten, höhere Erträge bei Weizenkulturen und ein stärkeres Bodenmikrobiom mit nützlichen Mikroorganismen. Aufgrund höherer Siliziumeinlagerungen werden die Pflanzen zudem widerstandsfähiger gegen Pilz- und Insektenbefall.
Langzeitstudien und Praxisversuche für breite Anwendung nötig
Um die Wirkung von amorphem Silikat auf verschiedene Böden, Kulturen und Klimabedingungen zu untersuchen, sind weitere Langzeitstudien erforderlich. Auch andere Forschungseinrichtungen führen derzeit Studien zur Wirkung von amorphem Silikat durch, deren Ergebnisse in Kürze veröffentlicht werden sollen. Außerdem brauchen die Forschenden mehr Felderfahrung, um Handlungsempfehlungen für die landwirtschaftliche Praxis entwickeln zu können. Ziel ist es, marktfähige Produkte auf Basis von amorphem Silikat zu erarbeiten.
Die Ergebnisse der Feldstudie des ZALF unterstreichen die vielseitigen Nutzungsmöglichkeiten von amorphem Silikat als Baustein für eine nachhaltigere Landwirtschaft. Durch die Reduktion von Treibhausgasemissionen, insbesondere von Lachgas, kann die Düngung mit amorphem Silikat einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Die verbesserte Stickstoffnutzung im Boden führt zu einer effizienteren und im Endeffekt reduzierten Einsatz von Düngemitteln. Das vermindert die Gefahr von Stickstoffüberschüssen, die in Form von Lachgas freigesetzt werden können. Gleichzeitig profitieren die Ackerkulturen von guter Wasser- und Nährstoffverfügbarkeit sowie mehr Widerstandskraft gegen Schädlinge.
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