Mucilage: ein potentielles Wurzelmerkmal zur Verbesserung der Pflanzenverfügbarkeit von Ressourcen in trocknenden Böden

• Antragsteller: Professor Dr. Mohsen Zare
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 459978475

Motivation: Als ein Hotspot biologischer Aktivität erhält die Rhizosphäre zunehmende Aufmerksamkeit, da sie eine effiziente und nachhaltige Nutzung von Wasser und Nährstoffen zu begünstigen scheint. Als Teil des Bodens, der vom Wachstum der Wurzeln und durch deren Abgabe von Exsudaten beeinflusst wird, unterscheiden sich die physikalischen und hydrologischen Eigenschaften der Rhizosphäre vom umgebenden Boden. Ein Großteil dieser Modifikationen wird der Anwesenheit von Mucilage zugeschrieben, eine gelartige Substanz mit einem hohen Gehalt an Polymeren, welche von Wurzelspitzen während des Wachstums abgegeben wird. Trotz steten Interesses, haben wir gerade erst begonnen, die biophysikalischen Eigenschaften und den Einfluss von Mucilage auf den Tranpsort von Wasser und Nährstoffen zu erforschen.Ziel: Ziel dieses Projektes ist ein umfassendes Verständnis des Einflusses von Mucilage auf den Transport von Nährstoffen in trocknenden Böden und die Entwicklung von 1) einem grundlegenden Modell des Wasser- und Nährstoffflusses durch Mucilage beeinflusste Böden und 2) eine auf physikalischen Messwerten basierende Parametrisierung der Effekte von Mucilage auf wasser- und nährstoffrelevante Bodeneigenschaften wie Saugspannungskurve, ungesättigte hydraulische Leitfähigkeit, Diffusions-koeffizient, und Adsorption.Hypothese: Mucilage verbessert die Konnektivität der flüssigen Phase im Porenraum und unterstützt dadurch den Transport von Nährstoffen in trocknenden Böden. Der positive Effekt ist auf die intrinsischen Eigenschaften von Wurzelgelen zurückzuführen (hohe Viskosität, geringe Oberflächenspannung, und hohe Wasserretention). Erhöhte Wasserretention und verbesserte Konnektivität im trocknenden Boden erleichtert i) den Wasserfluss und ii) den Transport von Nährstoffen durch die Rhizosphäre und somit die Aufnahme von Wasser und Nährstoffen über die Wurzeln. Neben dem positiven Einfluss auf wasserbezogene Bodeneigenschaften könnte Mucilage auch die Pufferkapazität des Bodens und somit die Verfügbarkeit von Nährstoffen verändern.Methoden: Wir werden den Effekt von Mucilage von Gerste und Mais auf wasser- und nährstoffrelevante Bodeneigenschaften quantifizieren. Mucilage wird dazu mit Boden unterschiedlicher Textur gemischt, um anschließend die Konnektivität der flüssigen Phase, Saugspannungskurve und hydraulische Leitfähigkeit in Abhängigkeit des Mucilagegehalts, des Bodenwassergehalts und der Bodentextur zu quantifizieren. Wir werden ebenfalls den Einfluss von Mucilage auf nährstoffrelevante Bodeneigenschaften wie Diffusion, Adsorption, Massenfluss und Transport von Nährstoffen in Abhängigkeit des Mucilagegehalts, des Bodenwassergehalts und der Bodentextur quantifizieren.Zu erwartende Ergebnisse: Wir werden ein grundlegendes Konzept zur Beschreibung und Parametrisierung des Einflusses von Mucilage auf den Wasser- und Nähstofftransport in trocknenden Böden entwickeln, um deren Aufnahme über die Wurzeln zu prognostizieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen