Visualizierung der Wurzel - Wasseraufnahmeprozesse mit der erstmaligen Kombination von Kernspinresonanz- und Neutronentomographie.

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Sabina Haber-Pohlmeier; Professor Dr. Sascha E. Oswald
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften ; Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 243975263

Der Boden in direkter Nähe zur Wurzel, auch als Rhizosphäre bezeichnet, wird stark durch biochemische Wurzelaktivität und assoziierte Mikroorganismen modifiziert. Seit kurzem ist bekannt, dass sie trotz ihrer geringen räumlichen Ausdehnung auch in der Bodenhydraulik eine wichtige Rolle spielt, und den Wasserfluss zwischen (bulk) Boden und Wurzel kontrolliert. Am geeignetsten für eine nicht-invasive Untersuchung von Wasserdynamik, Wasserfluss und Stofftransport ist eine Kombination von Magnetresonanztomographie (MRT)und Neutronentomographie (NT). Der Vorteil besteht in der Komplementarität der Methoden: NT bildet primär die Protonendichte ab, die i. w. dem gesamten Wassergehalt entspricht, und kann dabei Änderungen und räumliche Muster mit hoher Auflösung detektieren. Darüber hinaus spiegeln die NMR Relaxationszeiten die Wechselwirkung zwischen Fluid und Matrix wider und sollen daher zur Klassifizierung von freiem, immobilem und gebundenem Wasser im Boden beitragen. In diesem Projekt werden beide Methoden erstmalig zur hochauflösenden 3D-Visualisierung des Systems Wurzel-Rhizosphäre-Boden kombiniert und angewendet. Um einen möglichst direkten Vergleich und gemeinsamen Einsatz der beiden Methoden zu ermöglichen, soll zusätzlich zu einem konventionellen Hochfeld-MRT Gerät vor Ort in der Neutronenhalle ein neuartiges, portables MRT Gerät eingesetzt werden.Als wichtiges Ergebnis für Lupine und Mais in Sand bzw. lehmigem Sand zielen wir im ersten Projektteil auf die räumliche Charakterisierung von Wurzel, Rhizosphäre und umgebendem Boden durch Wassergehalt und Wasserdynamik ab. Aus dem Vergleich von MRT, NT und Modellkomponenten erwarten wir eine Klassifizierung des Wassers bezüglich seiner Verfügbarkeit für die Wurzelaufnahme zu erreichen. Nach den stationären Bedingungen sollen im 2. Projektteil dynamische Prozesse mit Hilfe von gelöstem Gd-DTPA und von D2O unter Austrocknungs-Wiederbewässerungszyklen visualisiert werden. Beide dienen als spezielle MRT und NT sichtbare konservative Tracer. Aus Messung der Aufnahmeraten durch verschiedene Kompartimente können somit auch Rückschlüsse auf Leitfähigkeitsunterschiede erzielt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: portabler Magnetresonanztomograph