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2151Wie Silizium die Phosphatverfügbarkeit un den Kohlenstoffumsatz in Böden beeinflusstHow silicon influences phosphate availability and carbon turnover in soils01/02/2020 00:00:0031/08/2022 00:00:00laufendcurrentProgrammbereich 1 „Landschaftsprozesse“Research Area 1 „Landscape Functioning“x3x11xSchaller, Jörgx2548x<div class='ntm_PB1'>PB1</div>  2020 Wie Silizium die Phosphatverfügbarkeit un den Kohlenstoffumsatz in Böden beeinflusst How silicon influences phosphate availability and carbon turnover in soils Programmbereich 1 „Landschaftsprozesse“ Schaller, Jörg Drittmittel Research Area 1 „Landscape Functioning“ current laufend <div class="ExternalClassBEC86D6CD0E94965B1ADEB9B38A3782D"><p>​Phosphor (P) ist ein bedeutendes Element für den Stoffwechsel und Leben generell. Phophor ist eines der Elemente, welches die Primärproduktion und den Ertrag von Getreide limitieren, weshalb P weltweit in großen Mengen in Form von Dünger auf landwirtschaftliche genutzte Flächen appliziert wird. Während der Gesamtphosphorgehalt von Böden nicht notwendigerweise gering ist, liegt meist ein großer Anteil in einer für die Pflanzen nicht verfügbaren Form vor, etwa als organischer P oder - in Abhängigkeit vom pH-Wert - fest gebunden an Al-Fe oder Ca Minerale. Aufgrund der begrenzten Ressourcen ist daher die Reduktion der notwendigen P-Düngung bei konstantem Ertrag eine der wichtigsten Herausforderungen der Landwirtschaft.</p><p>Aktuelle Studien deuten darauf hin, dass die höchste P-Verfügbarkeit sehr gut mit dem höchsten Anteil an Silizium (S) gebundenem P korreliert. Daher möchten wir mit dem beantragten Projekt die Bedeutung von Si auf die P Verfügbarkeit in Böden durch die Mobilisierung von Bindungsplätzen an Al, Fe und Ca Mineralen für eine große Bandbreite an Mineralen und Bindungsformen in Böden untersuchen. Die Si Verfügbarkeit in Böden ist sehr unterschiedlich und reicht von 0.01 bis 2.0 mM. Aktuellste Forschung deutet darauf hin, das Si die P Verfügbarkeit und die Bodenrespiration beeinflussen kann. Unsere eigenen Vorabstudien zeigen einen möglicherweisen großen Einfluss von Si in Torfböden auf den Kohlenstoff-Umsatz, durch eine Si induzierte P Mobilisierung von Bindungsplätzen an Eisenmineralen. Dies stellt eine vollkommen neue Verbindung von Si mit dem Kohlenstoffkreislauf dar, die möglicherweise Einfluss auf den globalen Kohlenstoffkreislauf hat. Von besonderer Bedeutung für das beantragte Projekt sind Ergebnisse aus unseren Vorabstudien, welche eine erhöhte Konzentration von CO2 und CH4 in Torfböden bei gesteigerter Si Verfügbarkeit zeigen. Weitere Analysen zeigten, dass Si die Eisenphasen im Boden beeinflusst und zu einer verstärkten P Mobilisierung von den Eisenmineralen führt. Das Ziel unseres beantragten Projektes ist es herauszufinden, ob und wie sehr (i) erhöhte Si Verfügbarkeit zu einer Mobilisierung von P von den Bindungsplätzen an Mineralen führt und somit die P Verfügbarkeit erhöht, (ii) Si eine höhere Affinität für die Bindung an Bodenmineralen im Vergleich zu P und Kohlenstoff hat, (iii) höhere Si Verfügbarkeit die Mineralisation von organischem Kohlenstoff steigert, durch die Erhöhung der P Verfügbarkeit, welche in einer verstärkten Kohlenstoffmobilisierung von den Bindungsplätzen resultiert und (iv) der Einfluss von Si auf die P Verfügbarkeit für einen großen pH-Bereich (4 bis 8) wichtig ist. Ein fundamentales Verständnis des Einflusses von Si auf die P Verfügbarkeit ist essentiell, um den landwirtschaftlichen Verbrauch an P Dünger bei weiterhin optimaler P Versorung der Pflanzen sicherzustellen.</p></div> <div class="ExternalClassFAAB7242DD0640738AEF41067B9D15F7"><p>​Phosphorus (P) is a key element for life's structure and metabolic pathways. Phosphorus is one of the most limiting elements for primary production and yield of crop plants, resulting in the use of large amounts of P fertilizers in agriculture at the global scale. Whereas the total P content of soils is not particularly low, a large fraction is stored in plant unavailable form like organic phosphorus, or is bound/adsorbed to Al-Fe or Ca minerals depending on soil pH. Due to limited resources, reducing P fertilization at constant yield is one of the main challenges for agriculture in future.</p><p>Recent studies indicate that the highest P availability coincides with highest share of silicate bound P. Thus, we aim to disentangle the importance of available silicon (Si) in soils for mobilization of P from the binding sites of Al and Fe (hydr)oxides and Ca minerals for a large range of minerals and soils with different binding forms of P in the proposed project. Si availability varies over at least two orders of magnitude in soils and sediments, ranging from 0.01 to 2.0 mM. Recent research also suggests the potential of Si affecting P availability in soils and respiration in soils. Our preliminary results indicate a potentially large effect of Si availability in peat on carbon turnover rates by a mechanism wherein Si mobilizes P from Fe binding sites. This indicates a new but nearly unstudied link between Si and C-cycling that is potentially important for global C turnover. Most importantly for the proposed project&#58; first results revealed a significant increase of CO2 and CH4 concentrations in peat soils under increased Si availability. We also found a strong increase of P and dissolved organic carbon (DOC) mobilization to pore water by increased Si availability. Further analysis indicated that Si interferes with the Fe-phases present in the soil and pollibly influences phophate binding by these Fe-phases. The aim of the proposed study is to disentangle whether and to which extend (i) increased Si availability will lead to mobilization of P from mineral binding sites and therefore increases P availability, (ii) Si has higher affinity for binding sites of soil mineral as compared to P and C, (iii) higher Si availability will enhance the mineralization of organic matter due to increasing P availability resulting in mobilization of C (i.e. increased DOC) from the binding sites, and (iv) Si will interfere with P availability at the soil pH range from 4 to 8. Understanding how Si interferes with P availability is a potential tool to reduce the agricultural need for P fertilizer for optimal plant P supply.</p></div> <div class="ExternalClass7583E765-0403-42C4-A3E0-19E39D100F44"></div> <div class="ExternalClass39BE7216-C594-407C-A034-51255E95EE6C"><ul><li>TUD - Technische Universität Dresden</li></ul></div> <div class="ExternalClass04B79C7F-6BEE-46B2-95A1-E4D6E7F58F20"><ul><li>DFG-Projekte im Normalverfahren</li></ul></div> <div class="ExternalClass59D8CB40-7DFC-4D14-8683-E17F01F34BC2"><ul><li>DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft</li></ul></div> <div class="ExternalClassFCF4E6F5-B543-44D8-AE7C-37963966D0B3"><ul><li>Prof. Dr. Karsten Kalbitz</li></ul></div><div class="ExternalClassBEC86D6CD0E94965B1ADEB9B38A3782D"><p>?Phosphor (P) ist ein bedeutendes Element für den Stoffwechsel und Leben generell. Phophor ist eines der Elemente, welches die Primärproduktion und den Ertrag von Getreide limitieren, weshalb P weltweit in großen Mengen in Form von Dünger auf landwirtschaftliche genutzte Flächen appliziert wird. Während der Gesamtphosphorgehalt von Böden nicht notwendigerweise gering ist, liegt meist ein großer Anteil in einer für die Pflanzen nicht verfügbaren Form vor, etwa als organischer P oder - in Abhängigkeit vom pH-Wert - fest gebunden an Al-Fe oder Ca Minerale. Aufgrund der begrenzten Ressourcen ist daher die Reduktion der notwendigen P-Düngung bei konstantem Ertrag eine der wichtigsten Herausforderungen der Landwirtschaft.</p><p>Aktuelle Studien deuten darauf hin, dass die höchste P-Verfügbarkeit sehr gut mit dem höchsten Anteil an Silizium (S) gebundenem P korreliert. Daher möchten wir mit dem beantragten Projekt die Bedeutung von Si auf die P Verfügbarkeit in Böden durch die Mobilisierung von Bindungsplätzen an Al, Fe und Ca Mineralen für eine große Bandbreite an Mineralen und Bindungsformen in Böden untersuchen. Die Si Verfügbarkeit in Böden ist sehr unterschiedlich und reicht von 0.01 bis 2.0 mM. Aktuellste Forschung deutet darauf hin, das Si die P Verfügbarkeit und die Bodenrespiration beeinflussen kann. Unsere eigenen Vorabstudien zeigen einen möglicherweisen großen Einfluss von Si in Torfböden auf den Kohlenstoff-Umsatz, durch eine Si induzierte P Mobilisierung von Bindungsplätzen an Eisenmineralen. Dies stellt eine vollkommen neue Verbindung von Si mit dem Kohlenstoffkreislauf dar, die möglicherweise Einfluss auf den globalen Kohlenstoffkreislauf hat. Von besonderer Bedeutung für das beantragte Projekt sind Ergebnisse aus unseren Vorabstudien, welche eine erhöhte Konzentration von CO2 und CH4 in Torfböden bei gesteigerter Si Verfügbarkeit zeigen. Weitere Analysen zeigten, dass Si die Eisenphasen im Boden beeinflusst und zu einer verstärkten P Mobilisierung von den Eisenmineralen führt. Das Ziel unseres beantragten Projektes ist es herauszufinden, ob und wie sehr (i) erhöhte Si Verfügbarkeit zu einer Mobilisierung von P von den Bindungsplätzen an Mineralen führt und somit die P Verfügbarkeit erhöht, (ii) Si eine höhere Affinität für die Bindung an Bodenmineralen im Vergleich zu P und Kohlenstoff hat, (iii) höhere Si Verfügbarkeit die Mineralisation von organischem Kohlenstoff steigert, durch die Erhöhung der P Verfügbarkeit, welche in einer verstärkten Kohlenstoffmobilisierung von den Bindungsplätzen resultiert und (iv) der Einfluss von Si auf die P Verfügbarkeit für einen großen pH-Bereich (4 bis 8) wichtig ist. Ein fundamentales Verständnis des Einflusses von Si auf die P Verfügbarkeit ist essentiell, um den landwirtschaftlichen Verbrauch an P Dünger bei weiterhin optimaler P Versorung der Pflanzen sicherzustellen.</p></div><div class="ExternalClassFAAB7242DD0640738AEF41067B9D15F7"><p>?Phosphorus (P) is a key element for life's structure and metabolic pathways. Phosphorus is one of the most limiting elements for primary production and yield of crop plants, resulting in the use of large amounts of P fertilizers in agriculture at the global scale. Whereas the total P content of soils is not particularly low, a large fraction is stored in plant unavailable form like organic phosphorus, or is bound/adsorbed to Al-Fe or Ca minerals depending on soil pH. Due to limited resources, reducing P fertilization at constant yield is one of the main challenges for agriculture in future.</p><p>Recent studies indicate that the highest P availability coincides with highest share of silicate bound P. Thus, we aim to disentangle the importance of available silicon (Si) in soils for mobilization of P from the binding sites of Al and Fe (hydr)oxides and Ca minerals for a large range of minerals and soils with different binding forms of P in the proposed project. Si availability varies over at least two orders of magnitude in soils and sediments, ranging from 0.01 to 2.0 mM. Recent research also suggests the potential of Si affecting P availability in soils and respiration in soils. Our preliminary results indicate a potentially large effect of Si availability in peat on carbon turnover rates by a mechanism wherein Si mobilizes P from Fe binding sites. This indicates a new but nearly unstudied link between Si and C-cycling that is potentially important for global C turnover. Most importantly for the proposed project&#58; first results revealed a significant increase of CO2 and CH4 concentrations in peat soils under increased Si availability. We also found a strong increase of P and dissolved organic carbon (DOC) mobilization to pore water by increased Si availability. Further analysis indicated that Si interferes with the Fe-phases present in the soil and pollibly influences phophate binding by these Fe-phases. The aim of the proposed study is to disentangle whether and to which extend (i) increased Si availability will lead to mobilization of P from mineral binding sites and therefore increases P availability, (ii) Si has higher affinity for binding sites of soil mineral as compared to P and C, (iii) higher Si availability will enhance the mineralization of organic matter due to increasing P availability resulting in mobilization of C (i.e. increased DOC) from the binding sites, and (iv) Si will interfere with P availability at the soil pH range from 4 to 8. Understanding how Si interferes with P availability is a potential tool to reduce the agricultural need for P fertilizer for optimal plant P supply.</p></div>  <div class="ExternalClassB008EB62-5737-404C-90E2-FCED6DBA0D55">Dr. rer. nat. Jörg Schaller</div>Schaller, Jörg<div class="ExternalClass6ADD15BD-A477-41DB-8270-AE4E686040C7">Dr. rer. nat. Jörg Schaller</a></div>   <div class="ExternalClass39BE7216-C594-407C-A034-51255E95EE6C"><ul><li>TUD - Technische Universität Dresden</li></ul></div>x426x<div class="ExternalClass04B79C7F-6BEE-46B2-95A1-E4D6E7F58F20"><ul><li>DFG-Projekte im Normalverfahren</li></ul></div> DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft<div class="ExternalClass59D8CB40-7DFC-4D14-8683-E17F01F34BC2"><ul><li>DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft</li></ul></div><div class="ExternalClassFCF4E6F5-B543-44D8-AE7C-37963966D0B3"><ul><li>Prof. Dr. Karsten Kalbitz</li></ul></div>22 <div class="ExternalClass7019C9D7-D4AB-4BC1-88DE-AEEEABE326C6"><ul><li>Silizium-Biogeochemie</li></ul></div><div class="ExternalClassF369C64D-2805-4558-9CD7-9A653BCBEAE9"><ul><li>Silicon Biogeochemistry</li></ul></div>
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