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Projekt
Mikromechanik des Wurzelwachstums und physikalische Habitateigenschaften in der Rhizosphere
Antragsteller
Professor Dr. Stephan Peth
Fachliche Zuordnung
Bodenwissenschaften
Förderung
Förderung seit 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403627636
Die Rhizosphäre bildet ein selbstorganisiertes System mit einer Vielzahl von physikalischen, biologischen und chemischen Wechselwirkung. Aus diesem Zusammenspiel resultieren Prozesse und Eigenschaften, die die Pflanze widerstandsfähiger gegenüber ungünstigen Umweltbedingungen (z.B. Trockenheit, mechanischer Widerstand) machen. Die Untersuchung mikromechanischer Eigenschaften und ihr Wechselspiel mit Wurzel-Boden-Interaktionen (z.B. Mucigelexsudation) sind von großer Bedeutung für die Wurzelentwicklung aber bisher noch wenig untersucht. Diese Eigenschaften haben einen Einfluss auf die zeitliche und räumliche Entwicklung von Struktur im Boden und wirken sich somit – in engem Zusammenspiel mit der biologischen Komponente – auf Bodenfunktionen und Pflanzenwachstum aus, die ihrerseits wiederum die Struktur beeinflussen. Aufbauend auf unseren Erkenntnissen aus Phase I wollen wir die Entwicklung der mechanischen Eigenschaften und Bodenstruktur auf dem Feld und unter kontrollierten Laborbedingungen näher untersuchen. Hierbei stehen mechanische Prozesse und Zusammenhänge mit der Wurzelentwicklung, dem Bodenmikrogefüge und der Entwicklung von Porenarchitekturen als mikrobielle Habitate im Vordergrund. Zu diesem Zweck werden wir ungestörte Bodenproben entnehmen und zusätzlich in-situ Messungen durchführen. Im Labor werden wir uns intensiv mit Eindringwiderständen und deren Auswirkung auf die Ausbildung des Wurzelsystems auseinandersetzen. Weiterhin soll die Porenraumentwicklung während der Wurzelzersetzung und auftretende Änderungen in Aggregatkenngrößen untersucht werden. Um das mikrobielle Habitat zu charakterisieren, werden wir uns mit der Dynamik von Redoxpotentialen und lokalen Sauerstoffkonzentrationen auseinandersetzen, sowie Aggregate mit bildgebenden und mechanischen Verfahren untersuchen. Die zum Einsatz kommende Messtechnik umfasst im mechanischen Bereich Oedometer, Laborflügelsonde, Materialprüfmaschine und ein neu zu entwickelndes Feldmikropenetrometer. Die Ergebnisse werden in die Modellierungsansätze von Projektpartnern (Kooperation FZ Jülich) einfließen. Zudem werden wir diese Daten in Bezug zu Wurzellängendichten und -radien in Kooperation mit dem UFZ Halle setzen. Als bildgebende Verfahren werden wir Röntgencomputertomographie und Digitalfotographie einsetzen und mit quantitativer Bildanalyse (ToolIP) auswerten. O2-Konzentrationen und Redoxpotentiale werden mit Hilfe von Mikrosensoren in-situ gemessen. Die in diesem Zusammenhang erhobenen Daten werden zur Validierung eines Modells für effektive Diffussionskoeffizenten (Kooperation Universität Erlangen Nürnberg) genutzt. Für unsere Aggregatsstabilitätmessungen werden wir Nasssiebung und ein, in unserem Labor entwickeltes, innovatives Dry-crushing Verfahren anwenden. In einer Kooperation mit dem Thünen-Institut werden wir an Aggregaten, deren mikrobielle Diversität bestimmt wurde, Mikrostruktur und Stabilität des Habitats untersuchen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Mitverantwortlich
Dr. Daniel Uteau Puschmann
