Bayreuth, Germany
September 29, 2025
Blüte der Durchwachsenen Silphie (Silphium perfoliatum) © Marie Ende
The cup plant (Silphium perfoliatum) offers an ecologically advantageous alternative to silage maize for bioenergy production. This is the conclusion of a multi-year comparative study conducted by researchers at the University of Bayreuth. Their findings have now been published in the journal GCB Bioenergy
Why it matters
The search for sustainable alternatives to energy production from agricultural crops is a key concern in light of the European climate goals to achieve climate neutrality by 2050. In Germany, maize currently dominates as an energy crop, but its cultivation poses ecological challenges: soil erosion, nutrient leaching, and especially nitrate contamination of groundwater are well-known issues. For this reason, research must identify suitable alternative crops that can minimise these environmental problems while maintaining similar levels of biomass production and energy yield.
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The cup plant, a perennial species native to North America, is characterised by a deep-reaching root system and long-term usability. It is cultivated as an alternative to maize for energy production. Researchers from the Agroecology research group and the Botanical Garden (ÖBG) at the University of Bayreuth studied its growth and ecological potential over a four-year period using the lysimeter facility at the ÖBG – a system that allows for sampling of leachate. This enabled the plants to grow under controlled conditions, both with adequate water supply and under moderate drought stress, simulating the challenges of climate change.
“Our findings clearly show that from the second year onwards, cup plant produces more biomass than maize. Particularly noteworthy is cup plant’s ability to efficiently absorb nitrogen from the soil, drastically reducing nitrate – a nitrogen compound – leaching into groundwater,” says Anna Hollweg, master's student in the University of Bayreuth’s Agroecology research group and lead author of the study. In the third and fourth years of the experiment, nitrate leaching under cup plant was up to 99% lower than under maize.
Even under moderate drought conditions, cup plant remained comparatively stable. While maize produced less biomass under drought stress, cup plant showed only minor losses. “In general, cup plant’s deep root system enables it to access water and nutrients in deeper soil layers. It also promotes the activity of soil microorganisms, which contributes to long-term improvement of soil quality,” says Prof Dr Johanna Pausch, Professor of Agroecology at the University of Bayreuth. Thus, cup plant not only represents an ecologically beneficial alternative to maize, but also proves to be a reliable energy crop under climate change conditions such as increasing drought.
“We propose a combination of maize and cup plant during the establishment phase in the field to harness the advantages of both crops. Overall, cup plant offers a promising perspective for agriculture that combines productivity with environmental protection,” says Hollweg.
Original publication:
Source: Anna Hollweg, Johanna Pausch, Finn Zajewski, Marianne Lauerer, Khatab Abdalla. Perennial Cup Plant (Silphium perfoliatum L.) Outperforms Silage Maize (Zea mays L.) in Root Biomass and Nitrate Retention. GCB Bioenergy (2025)
DOI: https://doi.org/10.1111/gcbb.70074
Silphie schlägt Silomais als Bioenergiepflanze hinsichtlich Nachhaltigkeit
Die Durchwachsene Silphie (Silphium perfoliatum) ist als Bioenergiepflanze eine ökologisch vorteilhafte Alternative zu Silomais. Das ist das Ergebnis einer mehrjährigen Vergleichsstudie von Forschenden der Universität Bayreuth. Über ihre Ergebnisse berichten sie im Fachjournal GBC Bioenergy.
What for?
Die Suche nach nachhaltigen Alternativen zur Energiegewinnung aus landwirtschaftlichen Kulturen ist ein zentrales Anliegen im Zuge der europäischen Klimaziele, bis 2050 klimaneutral zu werden. In Deutschland dominiert bislang der Mais als Energiepflanze, doch sein Anbau bringt ökologische Herausforderungen mit sich: Bodenerosion, Nährstoffauswaschung und insbesondere die Belastung des Grundwassers mit Nitrat sind bekannte Probleme. Deshalb müssen durch Forschung geeignete Alternativpflanzen identifiziert werden, die die ökologischen Probleme bei gleicher oder ähnlicher Biomasseproduktion und Energiegewinnung minimieren.
Die Durchwachsene Silphie, auch Becherpflanze genannt, ist eine mehrjährige Pflanze aus Nordamerika, die sich durch ein tiefreichendes Wurzelsystem und eine langjährige Nutzungsmöglichkeit auszeichnet. Sie wird als Alternative zu Silomais für Energiegewinnung angebaut. Wie gut sie wächst und ob sie eine ökologische Alternative zu Mais ist, haben Forschende der Professur für Agrarökologie und des Ökologisch-Botanischen Gartens (ÖBG) der Universität Bayreuth über einen Zeitraum von vier Jahren in der Lysimeteranlage des ÖBGs erforscht – einer Anlage, in der Sickerwasser beprobt werden kann. So konnten die Pflanzen unter kontrollierten Bedingungen wachsen, sowohl bei guter Wasserversorgung als auch unter moderatem Trockenstress, um die Herausforderungen des Klimawandels zu simulieren.
„Unsere Ergebnisse zeigen deutlich, dass die Silphie ab dem zweiten Jahr mehr Biomasse produziert als Mais. Besonders bemerkenswert ist die Fähigkeit der Silphie, Stickstoff effizient aus dem Boden aufzunehmen und dadurch die Auswaschung von Nitrat – einer Stickstoffverbindung – ins Grundwasser drastisch zu reduzieren“, sagt Anna Hollweg, Masterandin an der Professur Agrarökologie der Uni Bayreuth und Erstautorin der Studie. Im dritten und vierten Experimentjahr lag die Nitratauswaschung unter Silphie um bis zu 99 % niedriger als unter Mais.
Auch unter moderaten Trockenbedingungen blieb die Silphie vergleichsweise stabil. Während der Mais unter Trockenstress weniger Biomasse bildete, zeigte die Silphie geringere Einbußen. „Generell ermöglicht es das tiefe Wurzelsystem der Silphie, auch in tieferen Bodenschichten Wasser und Nährstoffe zu erschließen. Zudem fördert sie die Aktivität von Bodenmikroorganismen, was langfristig zur Verbesserung der Bodenqualität beiträgt“, sagt Prof. Dr. Johanna Pausch, Professorin des Lehrstuhls für Agrarökologie der Universität Bayreuth. Damit stellt die Silphie nicht nur eine ökologisch vorteilhafte Alternative zum Silomais dar, sondern kann auch unter den Bedingungen des Klimawandels wie zunehmende Trockenheit eine verlässliche Energiepflanze sein.
„Wir schlagen vor, in der Etablierungsphase eine Kombination aus Mais und Silphie auf dem Acker auszubringen, um die Vorteile beider Kulturen zu nutzen. Insgesamt bietet die Silphie eine vielversprechende Perspektive für eine Landwirtschaft, die Produktivität und Umweltschutz miteinander verbindet“, sagt Hollweg.
Originalpublikation: Anna Hollweg, Johanna Pausch, Finn Zajewski, Marianne Lauerer, Khatab Abdalla. Perennial Cup Plant (Silphium perfoliatum L.) Outperforms Silage Maize (Zea mays L.) in Root Biomass and Nitrate Retention. GCB Bioenergy (2025)
DOI: https://doi.org/10.1111/gcbb.70074
Topics
Species
