Effect of root exudates on solubilisation and plant-availability of silicon in temperate soils

Silizium (Si) ist ein wichtiges Element, dessen Einfluss auf Wurzeln, Nährstoffaufnahme und Wurzelexsudation unter optimalen Bedingungen weiter erforscht werden muss. Diese Arbeit untersucht 1) den Einfluss externer Si-Zufuhr auf Wurzeleigenschaften, Nährstoffaufnahme und Wurzelexsudation von Reis, Sommerweizen und Raps, und 2) den Einfluss von Carboxylaten (Citrat, Oxalat) und Phenolaten (Catechol) auf die Si-Löslichkeit aus Böden und Bodenmineralien. In einem Hydroponikversuch wurden Pflanzen mit 0, 50 und 1000 μmol L⁻¹ Si behandelt. Nach 21 Tagen wurden Wurzelexudatproben auf ihren Gehalt an gelöstem organischem Kohlenstoff (DOC) und weiteren Exsudatverbindungen untersucht. Die Wurzeleigenschaften, die Si-Konzentration in der Wurzel sowie die Konzentration an Si, C, N, Ca, K, Mg, P, B, Fe, Mn und Zn im Spross wurden analysiert. Sechs Böden, sieben Primärminerale und vier sekundäre Tonminerale wurden mittels 5 mmol L⁻¹ Catechol, Citrat, Oxalat und NH4NO3 (Kontrolle) extrahiert. Si beeinflusste die Wurzeleigenschaften von Sommerweizen (z.B. Biomasse, Wurzellänge, durchschnittlicher Wurzeldurchmesser, Wurzeldichte) unterschiedlich. Die Elementkonzentrationen der Sprosse (außer K) wurden bei Reis und Sommerweizen um das 1,1- bis 2,6-fache reduziert, während der Effekt bei Raps minimal war. Silizium beeinflusste die DOC-Exsudation nicht, wobei phenolische Verbindungen, lösliche Kohlenhydrate, Aminosäuren und organische Säuren bei Reis vermehrt, bei Sommerweizen vermindert abgegeben wurden. Mit Citrat, Oxalat und Catechol wurde bis zum 11-fachen an Si aus primären Mineralien, sekundären Tonmineralien und Böden extrahiert, als in der Kontrollvariante. Zusammengefasst beeinflusst Si die Wurzeleigenschaften, Nährstoffaufnahme und Wurzelexsudation verschiedener Pflanzenarten und verbessert die Nährstoffnutzungseffizienz und das Pflanzenwachstum. Carboxylate und phenolische Verbindungen erleichtern die Lösungsprozesse und erhöhen die Pflanzenverfügbarkeit von Si und anderen Elementen.