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2061Biogenes Silicium in Agrarlandschaften (BiSiAL) – Quantifizierung, qualitative Charakterisierung und Bedeutung für die Silicium-Bilanz agrarisch genutzter BiogeosystemeBiogenic silicon in agricultural landscapes (BiSiAL) – Quantification, qualitative characterization, and importance for Si balances of agricultural biogeosystems01/03/2018 00:00:0028/02/2021 00:00:00laufendcurrentProgrammbereich 1 „Landschaftsprozesse“Research Area 1 "Landscape Functioning"x3xHöhn, Axel; Sommer, Michael; Kaczorek, Danuta; Puppe, Danielx222x503x862x1159x<div class='ntm_PB1'>PB1</div>  2018 Biogenes Silicium in Agrarlandschaften (BiSiAL) – Quantifizierung, qualitative Charakterisierung und Bedeutung für die Silicium-Bilanz agrarisch genutzter Biogeosysteme Biogenic silicon in agricultural landscapes (BiSiAL) – Quantification, qualitative characterization, and importance for Si balances of agricultural biogeosystems Programmbereich 1 „Landschaftsprozesse“ Höhn, Axel; Sommer, Michael; Kaczorek, Danuta; Puppe, Daniel Drittmittel Research Area 1 "Landscape Functioning" current laufend <div class="ExternalClass5C9C28ACE02B4BD891D51A0019CEDDAC"><p>Obwohl Silicium (Si) für Pflanzen generell als nicht essentiell angesehen wird, können diese von der Si-Akkumulation in vielerlei Hinsicht profitieren. Durch Bildung Si-haltiger Strukturen wird z.B. das Pflanzenwachstum gesteigert und die Pflanzen zeigen eine erhöhte Resistenz gegenüber abiotischem (z.B. Wassermangel) und biotischem Stress (z.B. Pilzbefall). Diverse Faktoren tragen allerdings zur Limitierung der pflanzenverfügbaren Si-Fraktion in Böden bei. Bezüglich agrarisch genutzter Biogeosysteme ist es deshalb von grundlegender Bedeutung, die Größe und entsprechende Steuerfaktoren der pflanzenverfügbaren Si-Fraktion detailliert zu analysieren. Gelöstes Si (Si(OH)<sub>4</sub>) wird von einer Vielzahl von Organismen zur Synthese (= Biosilifikation) biogener Si-haltiger (BSi) Strukturen (SiO<sub>2</sub>∙<em>n</em>H<sub>2</sub>O) genutzt. Aufgrund seiner relativ hohen Löslichkeit im Vergleich zu mineralischen Si-Verbindungen stellt BSi eine wichtige Quelle für pflanzenverfügbares Si dar. Durch Kombination moderner mikroskopischer und spektroskopischer Methoden (konfokale Laserscanningmikroskopie, FTIR-Mikroskopie) soll eine Quantifizierung einzelner BSi-Pools und Analyse physikochemischer Oberflächeneigenschaften entsprechender BSi-Strukturen realisiert werden, die mit etablierten alkalischen Extraktionsmethoden nicht möglich ist.</p><p style="text-align&#58;justify;">Durch intensive Landnutzung greift der Mensch aktiv in den Si-Stoffkreislauf ein. Hauptsächlich bedingt durch den erntebedingten Si-Export und verstärkte Bodenerosion kann in agrarisch genutzten Böden eine Abnahme der pflanzenverfügbaren Si-Fraktion festgestellt werden (= anthropogene Desilifikation). Allein durch das Ernten werden jährlich schätzungsweise bis zu 100 kg Si ha<sup>-1</sup> aus Agrarökosystemen exportiert. Trotz dieser Kenntnisse gibt es bislang lediglich lückenhafte empirische Befunde zur Si-Bilanz (Ist-Zustand, Si-Einträge und Si-Austräge) agrarisch genutzter Biogeosysteme. Die Ziele des beantragten Projekts lauten deshalb&#58;</p><ul><li>Erstellung vollständiger Si-Bilanzen von Ackerstandorten.</li><li>Identifikation von Steuerfaktoren, welche die Si-Bilanz beeinflussen (Erosionsgrad, BSi-Pools etc.).</li><li>Aufklärung der zeitlichen Entwicklung der pflanzenverfügbaren Si-Fraktion und der BSi-Pools in ackerbaulich genutzten Böden.</li><li>Quantifizierung von BSi-Pools und qualitative Charakterisierung biogener Si-Strukturen in ackerbaulich genutzten Biogeosystemen.</li></ul><p style="text-align&#58;justify;">Zur Verwirklichung dieser Ziele sind am Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) weltweit einmalige Voraussetzungen bezüglich der experimentellen Infrastruktur (instrumentierte Experimentalfläche „CarboZALF-D&quot; und Dauerfeldversuch „V140&quot;) gegeben. Die Ergebnisse des angestrebten Projekts sollen zu einem grundlegenden Verständnis der anthropogenen Desilifikation und ihrer Auswirkungen in agrarisch genutzten Biogeosystemen beitragen. Aus den hierbei gewonnenen Erkenntnissen können außerdem praxisorientierte Empfehlungen zur Begrenzung oder Vermeidung der anthropogenen Desilifikation abgeleitet werden.</p> </div> <div class="ExternalClassDC9A647E340B44FC8DF9D413FBCC6731"><p>​Despite the fact that silicon (Si) is generally considered as non-essential for plants, many benefits of Si-accumulation in plants are known, e.g., increased plant growth and resistance against abiotic (e.g., water deficiency) as well as biotic stresses (e.g., fungal infections). However, several factors limit the plant available Si fraction in soils. In this context, it is of fundamental importance to analyze the size of the plant available Si fraction and corresponding influences in soils of agricultural biogeosystems in detail. Several organisms use dissolved Si (Si(OH)<sub>4</sub>) for synthesis (= biosilicification) of biogenic siliceous (BSi) structures (SiO<sub>2</sub>∙<em>n</em>H<sub>2</sub>O). Due to its relatively high solubility compared to minerogenic Si BSi is an important source of plant available Si in soils. Based on a combination of modern microscopic and spectroscopic methods (confocal laser scanning microscopy, micro-FTIR-spectroscopy) the quantification of single BSi pools and analyses of physicochemical surface properties of BSi structures will be realized in the requested project – objectives that cannot be obtained with established alkaline extraction methods.</p><p style="text-align&#58;justify;">In general, humankind actively influences Si cycling due to intensified land use. Induced mainly by Si exports through harvesting and increased erosion the amount of plant available Si can decrease in agricultural soils (= anthropogenic desilicification). Caused by harvesting approximately up to 100 kg Si ha<sup>-1</sup> are exported from agricultural biogeosystems every year. However, despite this knowledge, there are only fragmentary empirical findings on the subject of Si balances (status quo, Si inputs, Si outputs) of agricultural biogeosystems. Thus, the objectives of the requested project are as follows&#58;</p><ul><li>Comprehensive Si balancing of agricultural biogeosystems.</li><li>Identification of factors that influence Si balances (degree of erosion, BSi pools, etc.).</li><li>Analyses of temporal developments of the plant available Si fraction and BSi pools in soils of agricultural biogeosystems.</li><li>Quantification of BSi pools and qualitative characterization of BSi structures in agricultural biogeosystems.</li></ul><p style="text-align&#58;justify;">The Centre for Agricultural Landscape Research (ZALF) provides worldwide unique requirements regarding the experimental infrastructure (instrumented field experiment 'CarboZALF-D' and long-term field experiment 'V140') to achieve these objectives. The results of the requested project are supposed to contribute to a fundamental understanding of anthropogenic desilicification and its impacts on agricultural biogeosystems. Furthermore, practice-oriented recommendations for restriction or prevention of anthropogenic desilicification can be derived from these results.</p></div> <div class="ExternalClass464C6C31-5F95-43F6-B7E9-DA9DB94D54B1"></div> <div class="ExternalClass4BDEE912-8045-46CD-8935-E8D0B03839AC"><ul><li>BTU - Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg </li></ul></div> <div class="ExternalClass630B6322-F76E-4F19-BBFC-DCC7057D81AA"><ul><li>DFG-Projekte im Normalverfahren</li></ul></div> <div class="ExternalClass6C6CD7BB-805F-4A7E-A5C2-0594C70395F1"><ul><li>DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft</li></ul></div> <div class="ExternalClass2E0900DD-EA6B-4580-9ADD-D0855CE6C418"><ul><li>Prof. Dr. Manfred Wanner</li></ul></div><div class="ExternalClass5C9C28ACE02B4BD891D51A0019CEDDAC"><p>Obwohl Silicium (Si) für Pflanzen generell als nicht essentiell angesehen wird, können diese von der Si-Akkumulation in vielerlei Hinsicht profitieren. Durch Bildung Si-haltiger Strukturen wird z.B. das Pflanzenwachstum gesteigert und die Pflanzen zeigen eine erhöhte Resistenz gegenüber abiotischem (z.B. Wassermangel) und biotischem Stress (z.B. Pilzbefall). Diverse Faktoren tragen allerdings zur Limitierung der pflanzenverfügbaren Si-Fraktion in Böden bei. Bezüglich agrarisch genutzter Biogeosysteme ist es deshalb von grundlegender Bedeutung, die Größe und entsprechende Steuerfaktoren der pflanzenverfügbaren Si-Fraktion detailliert zu analysieren. Gelöstes Si (Si(OH)<sub>4</sub>) wird von einer Vielzahl von Organismen zur Synthese (= Biosilifikation) biogener Si-haltiger (BSi) Strukturen (SiO<sub>2</sub>·<em>n</em>H<sub>2</sub>O) genutzt. Aufgrund seiner relativ hohen Löslichkeit im Vergleich zu mineralischen Si-Verbindungen stellt BSi eine wichtige Quelle für pflanzenverfügbares Si dar. Durch Kombination moderner mikroskopischer und spektroskopischer Methoden (konfokale Laserscanningmikroskopie, FTIR-Mikroskopie) soll eine Quantifizierung einzelner BSi-Pools und Analyse physikochemischer Oberflächeneigenschaften entsprechender BSi-Strukturen realisiert werden, die mit etablierten alkalischen Extraktionsmethoden nicht möglich ist.</p><p style="text-align&#58;justify;">Durch intensive Landnutzung greift der Mensch aktiv in den Si-Stoffkreislauf ein. Hauptsächlich bedingt durch den erntebedingten Si-Export und verstärkte Bodenerosion kann in agrarisch genutzten Böden eine Abnahme der pflanzenverfügbaren Si-Fraktion festgestellt werden (= anthropogene Desilifikation). Allein durch das Ernten werden jährlich schätzungsweise bis zu 100 kg Si ha<sup>-1</sup> aus Agrarökosystemen exportiert. Trotz dieser Kenntnisse gibt es bislang lediglich lückenhafte empirische Befunde zur Si-Bilanz (Ist-Zustand, Si-Einträge und Si-Austräge) agrarisch genutzter Biogeosysteme. Die Ziele des beantragten Projekts lauten deshalb&#58;</p><ul><li>Erstellung vollständiger Si-Bilanzen von Ackerstandorten.</li><li>Identifikation von Steuerfaktoren, welche die Si-Bilanz beeinflussen (Erosionsgrad, BSi-Pools etc.).</li><li>Aufklärung der zeitlichen Entwicklung der pflanzenverfügbaren Si-Fraktion und der BSi-Pools in ackerbaulich genutzten Böden.</li><li>Quantifizierung von BSi-Pools und qualitative Charakterisierung biogener Si-Strukturen in ackerbaulich genutzten Biogeosystemen.</li></ul><p style="text-align&#58;justify;">Zur Verwirklichung dieser Ziele sind am Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) weltweit einmalige Voraussetzungen bezüglich der experimentellen Infrastruktur (instrumentierte Experimentalfläche „CarboZALF-D&quot; und Dauerfeldversuch „V140&quot;) gegeben. Die Ergebnisse des angestrebten Projekts sollen zu einem grundlegenden Verständnis der anthropogenen Desilifikation und ihrer Auswirkungen in agrarisch genutzten Biogeosystemen beitragen. Aus den hierbei gewonnenen Erkenntnissen können außerdem praxisorientierte Empfehlungen zur Begrenzung oder Vermeidung der anthropogenen Desilifikation abgeleitet werden.</p> </div><div class="ExternalClassDC9A647E340B44FC8DF9D413FBCC6731"><p>?Despite the fact that silicon (Si) is generally considered as non-essential for plants, many benefits of Si-accumulation in plants are known, e.g., increased plant growth and resistance against abiotic (e.g., water deficiency) as well as biotic stresses (e.g., fungal infections). However, several factors limit the plant available Si fraction in soils. In this context, it is of fundamental importance to analyze the size of the plant available Si fraction and corresponding influences in soils of agricultural biogeosystems in detail. Several organisms use dissolved Si (Si(OH)<sub>4</sub>) for synthesis (= biosilicification) of biogenic siliceous (BSi) structures (SiO<sub>2</sub>·<em>n</em>H<sub>2</sub>O). Due to its relatively high solubility compared to minerogenic Si BSi is an important source of plant available Si in soils. Based on a combination of modern microscopic and spectroscopic methods (confocal laser scanning microscopy, micro-FTIR-spectroscopy) the quantification of single BSi pools and analyses of physicochemical surface properties of BSi structures will be realized in the requested project – objectives that cannot be obtained with established alkaline extraction methods.</p><p style="text-align&#58;justify;">In general, humankind actively influences Si cycling due to intensified land use. Induced mainly by Si exports through harvesting and increased erosion the amount of plant available Si can decrease in agricultural soils (= anthropogenic desilicification). Caused by harvesting approximately up to 100 kg Si ha<sup>-1</sup> are exported from agricultural biogeosystems every year. However, despite this knowledge, there are only fragmentary empirical findings on the subject of Si balances (status quo, Si inputs, Si outputs) of agricultural biogeosystems. Thus, the objectives of the requested project are as follows&#58;</p><ul><li>Comprehensive Si balancing of agricultural biogeosystems.</li><li>Identification of factors that influence Si balances (degree of erosion, BSi pools, etc.).</li><li>Analyses of temporal developments of the plant available Si fraction and BSi pools in soils of agricultural biogeosystems.</li><li>Quantification of BSi pools and qualitative characterization of BSi structures in agricultural biogeosystems.</li></ul><p style="text-align&#58;justify;">The Centre for Agricultural Landscape Research (ZALF) provides worldwide unique requirements regarding the experimental infrastructure (instrumented field experiment 'CarboZALF-D' and long-term field experiment 'V140') to achieve these objectives. The results of the requested project are supposed to contribute to a fundamental understanding of anthropogenic desilicification and its impacts on agricultural biogeosystems. Furthermore, practice-oriented recommendations for restriction or prevention of anthropogenic desilicification can be derived from these results.</p></div><div class="ExternalClass64091194-3BBC-48D0-9F5C-2BA31D1EA3CB"><ul><li>Inst. für Bodenlandschaftsforschung</li></ul></div><div class="ExternalClassF9513E71-991E-4B65-B790-2518248CD4D7"><ul><li>Inst. of Soil Landscape Research</li></ul></div><div class="ExternalClassFD6E1903-B503-4B63-ADE8-D62A5A93AC71">Dr. Axel Höhn; Dr. Danuta Kaczorek; Dr. Daniel Puppe; Prof. Dr. Michael Sommer</div>Puppe, Daniel<div class="ExternalClassE6188568-0D7E-4755-97F7-548A7A0C5F0E"><a title="e-mail" target="_blank" href="mailto:Daniel.Puppe@zalf.de">Dr. Daniel Puppe</a></div>   <div class="ExternalClass4BDEE912-8045-46CD-8935-E8D0B03839AC"><ul><li>BTU - Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg </li></ul></div>x1999x<div class="ExternalClass630B6322-F76E-4F19-BBFC-DCC7057D81AA"><ul><li>DFG-Projekte im Normalverfahren</li></ul></div>Agrarforschung; Agrarlandschaft; nachhaltiges Landmanagement; Silicium; Phytolithe; Thekamöben; Biogenes Silicium; DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft<div class="ExternalClass6C6CD7BB-805F-4A7E-A5C2-0594C70395F1"><ul><li>DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft</li></ul></div><div class="ExternalClass2E0900DD-EA6B-4580-9ADD-D0855CE6C418"><ul><li>Prof. Dr. Manfred Wanner</li></ul></div>22 
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