Description: Der Boden in direkter Nähe zur Wurzel, auch als Rhizosphäre bezeichnet, wird stark durch biochemische Wurzelaktivität und assoziierte Mikroorganismen modifiziert. Seit kurzem ist bekannt, dass sie trotz ihrer geringen räumlichen Ausdehnung auch in der Bodenhydraulik eine wichtige Rolle spielt, und den Wasserfluss zwischen (bulk) Boden und Wurzel kontrolliert. Am geeignetsten für eine nicht-invasive Untersuchung von Wasserdynamik, Wasserfluss und Stofftransport ist eine Kombination von Magnetresonanztomographie (MRT)und Neutronentomographie (NT). Der Vorteil besteht in der Komplementarität der Methoden: NT bildet primär die Protonendichte ab, die i. w. dem gesamten Wassergehalt entspricht, und kann dabei Änderungen und räumliche Muster mit hoher Auflösung detektieren. Darüber hinaus spiegeln die NMR Relaxationszeiten die Wechselwirkung zwischen Fluid und Matrix wider und sollen daher zur Klassifizierung von freiem, immobilem und gebundenem Wasser im Boden beitragen. In diesem Projekt werden beide Methoden erstmalig zur hochauflösenden 3D-Visualisierung des Systems Wurzel-Rhizosphäre-Boden kombiniert und angewendet. Um einen möglichst direkten Vergleich und gemeinsamen Einsatz der beiden Methoden zu ermöglichen, soll zusätzlich zu einem konventionellen Hochfeld-MRT Gerät vor Ort in der Neutronenhalle ein neuartiges, portables MRT Gerät eingesetzt werden. Als wichtiges Ergebnis für Lupine und Mais in Sand bzw. lehmigem Sand zielen wir im ersten Projektteil auf die räumliche Charakterisierung von Wurzel, Rhizosphäre und umgebendem Boden durch Wassergehalt und Wasserdynamik ab. Aus dem Vergleich von MRT, NT und Modellkomponenten erwarten wir eine Klassifizierung des Wassers bezüglich seiner Verfügbarkeit für die Wurzelaufnahme zu erreichen. Nach den stationären Bedingungen sollen im 2. Projektteil dynamische Prozesse mit Hilfe von gelöstem Gd-DTPA und von D2O unter Austrocknungs-Wiederbewässerungszyklen visualisiert werden. Beide dienen als spezielle MRT und NT sichtbare konservative Tracer. Aus Messung der Aufnahmeraten durch verschiedene Kompartimente können somit auch Rückschlüsse auf Leitfähigkeitsunterschiede erzielt werden.
Types:
SupportProgram
Tags:
Diethylentriaminopentaessigsäure
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Hydrodynamik
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Mais
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Gadolinium
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Tracer
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Sand
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Bodenkunde
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Bodenmikroorganismen
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Rhizosphäre
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Sandboden
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Pflanzenwurzel
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Hydrochemie
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Hydrogeologie
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Limnologie
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Siedlungswasserwirtschaft
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Wassergehalt
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Hydrologie
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Stofftransport
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Auflösungsvermögen
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Integrierte Wasser-Ressourcen Bewirtschaftung
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Wechselwirkung
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Region:
Brandenburg
Brandenburg
Bounding boxes:
11.265772499999999° .. 14.7658159° x 51.3590081° .. 53.5590617°
11.26573192069808° .. 14.765701804175729° x 51.35902035179683° .. 53.55870151955478°
License: Creative Commons Namensnennung-keine Bearbeitung-Nichtkommerziell 4.0
Language: Deutsch
Organisations
-
Deutsche Forschungsgemeinschaft (Finanzielle Förderung)
-
Umweltbundesamt (Bereitstellung)
-
Universität Potsdam, Institut für Umweltwissenschaften und Geographie, Arbeitsgruppe Wasser- und Stofftransport in Landschaften (Projektverantwortung)
Last harvest: 28.09.2026 00:09
Time ranges:
2013-01-01 - 2019-12-31
Alternatives
-
Language: Englisch/English
Title: Monitoring root water uptake processes by the novel combination of magnetic resonance- and neutron imaging
Description: The soil in direct vicinity of the roots, the so called rhizosphere, is heavily modified by the activity of roots, compared to bulk soil, e.g. in respect to microbiology and soil chemistry. In recent time it has turned out that the rhizosphere, though small in size, also plays a decisive role in the hydraulics controlling the water flow from bulk soil into the roots. The most promising tool for the non-invasive investigation of water dynamics, water flow and solute transport is the combination of the two imaging techniques magnetic resonance imaging (MRI) and neutron imaging (NI). Both methods are complementary: NI maps the total proton density which corresponds to total water content, and is able to detect changes and spatial patterns with high resolution. On the other side, NMR relaxation times reflect the interaction between fluid and matrix. Therefore MRI is additionally capable of classifying different water pools via their relaxation times in terms of structural water, bound water, and mobile water. In this project both methods will be combined for the first time for the detailed, three-dimensional imaging of the system root-rhizosphere-bulk soil. In order to avoid alterations of this sensitive zone by long range transport, additionally to a conventional high-field MRI device, a movable MRI system will be used that allows 3D imaging on-site at the neutron imaging facility. Investigated systems are young lupin and maize plants in fine sandy and sandy loam soils under steady state conditions, but also during desiccation - rewetting cycles. As main results we expect for the first project phase the characterization of the root, rhizosphere and surrounding bulk soil by water content (NI) and water dynamics (MRI) ending up in a classification of water fractions in the rhizosphere. After the steady state conditions in the second project phase flux processes from soil to roots are mapped by tracer tracking under stationary and rewetting cycles, respectively. The overall aim is to calculate uptake rates for different compartments and conclude on changes in conductivities.
URL: https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1083873
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