Kohlenstoffsequestrierung in Böden von Agrarlandschaften (Carbon SeAL) – Das Potential von Phytolithen aus Getreidestroh

• Antragsteller: Dr. Daniel Puppe
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568397851

Die Aufnahme von Silizium (Si) erhöht die Widerstandsfähigkeit landwirtschaftlicher Kulturen gegen Stressfaktoren wie Trockenheit oder Pilzinfektionen. Ackerböden werden allerdings mit der jährlichen Ernte große Si-Mengen entzogen (anthropogene Desilifizierung) - meist ohne Kompensation und mit negativen Folgen für die Resilienz der Pflanzen. Der Antragsteller konnte zeigen, dass bis zu 60% der Si-Exporte durch die jahrzehntelange Rückführung von Stroh vermieden werden können. Die Rückführung von Getreidestroh hat somit das Potenzial, durch die Regulierung der Si-Versorgung eine Schlüsselrolle in modernen, nachhaltigen Anbausystemen zu spielen. Im beantragten Projekt sollen die in verschiedenen Getreidearten gebildeten biogenen Siliziumdioxidstrukturen (SiO2∙nH2O), die sogenannten Phytolithe, mit hochmodernen mikroskopischen und spektroskopischen Methoden eingehend untersucht werden. Da Phytolithe Jahrhunderte bis Jahrtausende im Boden überdauern können, könnte die Speicherung von in Phytolithen okkludiertem Kohlenstoff (PhytOC) ein vielversprechender Beitrag zur Minderung des Klimawandels sein. Wichtig ist hierbei, das Verhältnis von Zellwand- zu Lumenphytholithen zu bestimmen, da sich diese unterschiedlichen Phytolithe hinsichtlich der Kohlenstoffgehalte stark unterscheiden: Während Zellwandphytolithe relativ hohe Kohlenstoffgehalte aufweisen, sind diese bei Lumenphytolithen deutlich geringer. Zur Aufklärung des Potentials der verschiedenen Getreidephytolithe für die Kohlenstoffsequestrierung in Agrarböden sollen im beantragten Projekt Langzeitfeldversuche (Quantifizierung der Phytolith-Kohlenstoffspeicherung in Agrarböden), Gewächshausversuche (Untersuchung der Phytolithverteilung in verschiedenen Getreidearten und Pflanzenorganen in Abhängigkeit von Wasser- und Si-Verfügbarkeit) und Laborversuche (Analyse der Auflösungskinetik verschiedener Phytolithe in Abhängigkeit von physikochemischen Phytolith-Oberflächeneigenschaften) kombiniert werden. Die Ziele des beantragten Projekts sind: (i) das Potential von Zellwand- und Lumenphytolithen für die Kohlenstoffsequestrierung zu bewerten, (ii) die Bildung von unterschiedlichen Phytolithen in verschiedenen Getreidearten und Pflanzenorganen besser zu verstehen und, (iii) praxisorientierte Handlungsempfehlungen für die Implementierung einer regelmäßigen Getreidestrohrückführung in eine moderne, nachhaltige Landwirtschaft abzuleiten. Die Ergebnisse des Projekts "Carbon SeAL" werden dabei entscheidend zur Lösung globaler gesellschaftlicher Herausforderungen wie Klimawandel und Ernährungssicherung beitragen, da sie eine sehr viel verlässlichere Abschätzung des (globalen) PhytOC-Pools in Böden erlauben und das nötige Knowhow für eine Verbesserung der Resilienz und Klimaangepasstheit von Getreide in der Landwirtschaft der Zukunft bereitstellen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen