Phytolithlöslichkeit in Reisböden

• Antragsteller: Professor Dr. Robert Mikutta, seit 5/2021
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391495240

Viele Pflanzen, darunter wichtige Kulturpflanzen wie Reis und Weizen, nehmen große Mengen an Silizium (Si) aktiv aus der Bodenlösung in Form von gelöster Kieselsäure auf. Die gelöste Kieselsäure fällt im Pflanzengewebe aus, wobei mikroskopisch kleine Partikel aus amorphem Si-Dioxid, die sogenannten Phytolithe, gebildet werden. Siliziumaufnahme und Phytolithbildung spielen eine wichtige Rolle bei der Stressresistenz von Pflanzen. Die Bedeutung der Rückführung von Pflanzenresten für den Si-Kreislauf in Böden hängt stark von der Löslichkeit von Phytolithen ab. Einerseits zeigen Laborexperimente dass Phytolithe sehr löslich sind, anderseits findet man große Mengen an Phytolithen in vielen Böden, was darauf hinweist dass sie über längere Zeiträume gespeichert werden können. Im vorgeschlagenen Projekt sollen Faktoren der Löslichkeit von Phytolithen während ihrer Alterung in Böden untersucht werden. Die Arbeitshypothese ist dass die Löslichkeit der Phytolithe während der Alterung durch ein Rückgang der aktiven Oberfläche und der Änderung der chemischen Zusammensetzung der Phytolithoberfläche (Sorption von Eisen, Aluminium und organischen Stoffen; Bildung von Sekundärmineralschichten) abnimmt. Außerdem wird vermutet, dass die wechselnden Redoxbedingungen in Reisböden die Anlagerung von eisenreichen Schichten an der Phytolithoberfläche beschleunigen und dadurch zu einer verstärkten Abnahme der Phytolithlöslickeit führen. Der Forschungsansatz besteht darin, dass aus Reisstroh extrahierte Phytolithe in Böden unter unterschiedlichen Bedingungen inkubiert, nach verschiedenen Zeitpunkten (d.h. zunehmenden Alterungszuständen) wieder gewonnen und untersucht werden. Die Änderungen an der Phytolithoberfläche werden unter anderem mittels Elektonenmikroskopie und Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) analysiert. Außerdem werden in Laborexperimenten die Änderungen der Phytolithlöslichkeit quantifiziert und mit verschiedenen chemischen Parametern (z.B. Fe- und Al-Gehalte der Phytolithoberflächen) verglichen. Das Projekt wird zeigen, inwiefern man durch detaillierte Untersuchung von chemischen Veränderungen an Oberflächen reaktiver Mineralphasen mit Hilfe moderner Techniken wie XPS zu einem verbesserten Verständnis der Si-Flüsse in Ökosystemen kommen kann. Außerdem wird das Projekt zu einem verbesserten Verständnis des menschlichen Einflusses (z.B., durch Entfernen oder Recyceln von Ernterückständen) auf die Si-Versorgung von Pflanzen führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr. Klaus Kaiser; Professorin Dr. Doris Vetterlein
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Thimo Klotzbücher, bis 5/2021