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Relevanz von Wurzelwachstum und assoziierter Bodenstruktur für raum-zeitliche Muster chemischer und biologischer Parameter und emergente Systemfunktionen
Projekt
Förderkennzeichen: DFG-403640293
Laufzeit: 01.01.2018
- 31.12.2020
Forschungszweck: Experimentelle Forschung
Voraussetzung für die Identifikation von räumlich-zeitlichen Mustern in der Rhizosphäre ist die Lokalisation von Wurzeln in situ, während des Wachstums. Die Wurzeln, die als Senke und/oder Quelle radialer Transportvorgänge fungieren, sind der Ausgangspunkt für die Musterbildung. Gleichzeitig verändern sie ständig die Randbedingungen für den Transport, spezifischer die Bodenstruktur in ihrer unmittelbaren Umgebung. Wir werden die Röntgen-Computertomographie (Röntgen-CT) und fortschrittliche Werkzeuge der Bildanalyse und -registrierung einsetzen, um die zeitliche Veränderung der Wurzelarchitektur und der Bodenstruktur in Bodensäulen-Experimenten (SCE) und Feldexperimenten (SPE) zu untersuchen. Dabei werden die für PP 2089 identifizierten Treiber verwendet; zwei Zea mays Genotypen, die sich in der Wurzelhaarbildung (WT, rth3) unterscheiden und zwei Texturen (Sand versus Lehm). Für Säulenexperimente wird Vicia faba als zusätzliche Pflanzenart verwendet, um einen größeren Bereich an Wurzeldurchmessern abzudecken. Im Feldversuch (SPE) werden wir ungestörte Bodenkerne zu vier Wachstumsstadien entnehmen und „Ingrowth-cores“ zur Untersuchung des Bioporenrecyclings einbauen. Zur Erfassung biochemischer Gradienten in der Rhizosphäre im Labor- und Feldexperiment führen wir eine mikroskalige Beprobung für 15N und 13C durch, sowie als bildgebendes Verfahren an ungestörten Unterproben Mikro-Röntgenfluoreszenz (µXRF). Darüber hinaus werden die für µXRF verwendeten Unterproben mit einer Reihe potentieller Partner des PP geteilt. Zur Anwendung kommen dadurch weitere bildgebenden Verfahren (DRIFT-Spektroskopie, Zymographie, LA-IRMS, Nano-SIMS, ToF-SIMS, Fluoreszenzmikroskopie, LA-ICP-MS, HIM/SEM-EDX, µXANES/EXAFS, ESEM-EDX, Raman-Spektroskopie). Wir registrieren alle 2D-Daten aufeinander und in den 3D-Kontext des hochaufgelösten Röntgen-CT-Scans (10 µm). Hierbei fließen auch die Daten zum Wurzelalter ein, die aus aufeinanderfolgenden CT-Scans der gesamten Säulen während des Wachstums gewonnen werden. Die Daten werden mit Modellierungsgruppen geteilt sowie mit Gruppen, die sich mit der Mustererkennung durch statistische Werkzeuge befassen.Unsere Hypothesen beziehen sich auf die Auswirkungen der Treiber auf die Bildung von Mustern. Diese finden ihren Ausdruck in der Häufigkeitsverteilung der Distanzen von Wurzeln, der Ausdehnung von chemischen und physikalischen Gradienten und ihrer Veränderung mit dem Wurzelalter. Ergänzt wird dies durch den Vergleich der Gradienten für verschiedene physikalische, chemische und mikrobiologische Parameter für einzelne Zeitpunkte. Wir werden direkt zum „focus topic“ iv des SPP 2089 beitragen, indirekt auch zu i, ii und iii. Als emergente Eigenschaften/Funktionen werden wir die Biomasseproduktion, die Nährstoff- und Wasseraufnahme sowie die Wasserretentionskurve und die Infiltration im Feld bestimmen.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Pflanzenernährung
- Bodenkunde
- Klimawandel
