Unterschiede in der Morphologie und Funktion (Wasser- und Stickstoffaufnahme, Exsudation) zwischen Wurzeln im Ober- und Unterboden der Rotbuche auf unterwschiedlichen geologischen Bodensubstraten

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph Leuschner
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 207213200

Wurzeln sind eine wichtige Komponente des Systems Boden als eine Hauptquelle des Bodenkohlenstoffs, durch ihren Effekt auf die Chemie und Physik der Rhizosphäre und die Trockenraumdichte, und als Pflanzenorgane, die den Transport von Wasser und Nährstoffen vom Boden in die Pflanze leisten. Über die Struktur, Dynamik und Funktionen des Wurzelsystems von Bäumen im Unterboden ist bisher jedoch erst wenig bekannt. Ausgehend von den in der ersten Projektphase gewonnenen Ergebnissen zur Tiefenverteilung der Feinwurzeln, zum 14C-Alter der Wurzeln, zur axialen hydraulischen Leitfähigkeit der Wurzeln, und zur Wurzelexudation unter in situ-Bedingungen im Unterboden, konzentrieren wir uns in der zweiten Phase auf Unterschiede zwischen Unterboden und Oberboden in der Morphologie, Dynamik und den Funktionen der Wurzeln von Fagus sylvatica in 6 Buchenwäldern auf verschiedenen Böden (sauer-basenarm bis neutral-basenreich). Wir testen als zentrale Hypothesen, dass (1) der Verzweigungsgrad der Feinwurzeln in Richtung auf den Unterboden zunimmt, wo die spezifische Wurzeloberfläche (SRA) niedriger und die Gewebedichte der Wurzeln höher ist als im Oberboden, (2) Tiefenwurzeln geringere Aufnahmekapazitäten für NO3- und NH4+ besitzen als Oberbodenwurzeln, (3) die spezifische Exudationsrate der Wurzeln mit der Tiefe abnimmt, und (4) Tiefenwurzeln mit besonders großen Gefäßen (high-conductivity roots) höhere oberflächen-spezifische Wasseraufnahmerate besitzen als Oberbodenwurzeln. Wir setzen verschiedene in situ-Messmethoden ein mit dem Ziel, (a) die Aufnahmekapazität für Mineralstickstoff mittels 15NO315NH4-Tracer zu bestimmen (Methode nach Geßler et al. 1998), (b) den Saftfluss in Schwachwurzeln in situ mittels Miniatur-Saftflussmess-Systemen zu messen (Methode nach Senock & Leuschner 1999; Wärmebilanzierung), (c) die Exudation von intakten Feinwurzelenden vor Ort nach der Methode von Meier et al. (2013) zu ermitteln, (d) den Feinwurzelumsatz mittels Mini-Rhizotronen und Bildanalyse zu bestimmen, und (e) das Wurzelalter durch 14C-AMS-Analyse abzuschätzen. Übergeordnetes Ziel ist die Klärung der Frage, ob innerhalb des Wurzelsystems von alten Buchen eine funktionale Differenzierung besteht in oberflächennahe Wurzeln mit vorherrschender Aufnahmefunktion für Stickstoff (und andere Nährelemente) und Tiefenwurzeln mit überwiegend Aufnahme- und Transportfunktion für Wasser. Wir erwarten, dass sich dies in unterschiedlichen spezifischen Aufnahmekapazitäten der Wurzeln äußert. In der Forschergruppe liefert P7 Daten zur Wurzeldynamik und zum geschätzten wurzelbürtigen C-Input in den Unterboden und hilft bei der Parametrisierung des Unterboden-C-Umsatz-Models, erhält auf der anderen Seite für die Wurzelaktivität relevante bodenphysikalische und -chemische Daten.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1806: Der vergessene Teil des Kohlenstoffkreislaufs: Lagerung und Umsatz des organischen Materials im Unterboden
• Mitverantwortlich: Dr. Dietrich Hertel