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Projekt
Räumliche Organisation der flüssigen Phase in der Rhizosphäre
Antragsteller
Professor Dr. Andrea Carminati; Dr. Steffen Schlüter
Fachliche Zuordnung
Bodenwissenschaften
Förderung
Förderung von 2018 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403640522
Es gibt experimentelle und theoretische Belege dafür, dass sich die physikalischen Eigenschaften der Rhizosphäre vom umgebenden Boden unterscheiden. Während der Trocknung ist die Rhizosphäre einiger Pflanzenarten (z. B. Mais, Lupine, Weizen) feuchter als der umgebende Boden, während sie während der Wiederbefeuchtung vorübergehend wasserabweisend wird. Mucilage ist vermutlich für eine solche zeitabhängige Wasserdynamik in der Rhizosphäre verantwortlich. Experimentelle Untersuchungen mit ausgewählten Mucigelsorten zeigten, dass es die beobachtete Dynamik der Rhizosphäre gut erklären kann. Die Wechselwirkungen zwischen Mucilage und Wasserfluss in ungesättigten Böden sind jedoch weitgehend unbekannt.Ein Grund für das begrenzte Verständnis ist das Fehlen eines umfassenden konzeptionellen Modells der Wechselwirkung von Mucilage mit Böden. Das Ziel dieses Projektes ist es, die physikalischen Prozesse zu verstehen, welche die Flüssigkeitskonfigurationen in der Rhizosphäre bestimmen. Die Haupthypothese ist, dass hydraulische Eigenschaften der Rhizosphäre aus den Wechselwirkungen zwischen Mucilage und Bodenmatrix hervorgehen. Insbesondere gehen Wasserretention und hydraulische Leitfähigkeit der Rhizosphäre aus dem Zusammenspiel von Oberflächenspannung, viskosen und elastischen Kräften hervor. Die Neuheit dieses Konzepts besteht darin, dass die räumliche Anordnung der flüssigen Phase in Böden nicht durch die Berücksichtigung von Kapillar- und Adsorptionskräften bestimmt wird, sondern auch durch viskoelastische Eigenschaften des Mucilages. Wir gehen davon aus, dass bei niedrigen Wassergehalten die Konnektivität des Wassers zunimmt, wenn viskoses Mucilage (z.B. von Mais) vorhanden ist. Mucilagefäden bleiben auch im trockenen Zustand aufgrund der zunehmenden Viskosität und Steifigkeit erhalten. Bei hohen Mucilagekonzentrationen beginnt sich das Netzwerk wie ein Feststoff zu verhalten und bildet eine zusätzliche Matrix, die Wasser halten kann und die Flüssigkeitsphase verbunden hält. Diese Theorie wird mit mehreren Experimenten getestet. Geplant ist die Messung der physikalischen Eigenschaften (Wasseradsorption, Oberflächenspannung und Viskosität) von Mucilage verschiedener Pflanzenarten sowie der resultierenden hydraulischen Eigenschaften (Wasserrententionskurve und hydraulische Leitfähigkeit) verschiedener Böden (Sand und Lehm) gemischt mit Mucilage. Bildgebende Verfahren wie Röntgen-CT- und Neutronen-Radiographie werden verwendet, um die Flüssigkeitskonfiguration in Böden mit Mucilage und in der Rhizosphäre wachsender Pflanzen abzubilden. Die Ergebnisse dieses Projekts sind potenziell nützlich für das Verständnis der Wasser- und Nährstoffaufnahme durch die Wurzeln sowie der mikrobiellen Aktivität in der Rhizosphäre. Um die Funktion von Mucilage in Böden vollständig zu verstehen, ist es andererseits notwendig, die biophysikalischen Aspekte, die hier übernommen wurden, mit den in diesem PP geplanten komplementären biogeochemischen Studien zu kombinieren.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
