Description: 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.
Types:
SupportProgram
Origins:
/Bund/UBA/UFORDAT
Tags:
Gerste
?
Bodennährstoff
?
Mais
?
Biophysik
?
Nährstoff
?
Adsorption
?
Bodenkunde
?
Bodenwasser
?
Rhizosphäre
?
Pflanzenverfügbarkeit
?
Bodenart
?
Geoakkumulation
?
Viskosität
?
Wasserdurchlässigkeit
?
Biologische Aktivität
?
Oberflächenspannung
?
Ressourcennutzung
?
Soil Sciences
?
Region:
Bavaria
Bounding boxes:
11.5° .. 11.5° x 49° .. 49°
License: cc-by-nc-nd/4.0
Language: Deutsch
Organisations
Time ranges:
2021-01-01 - 2024-12-31
Alternatives
-
Language: Englisch/English
Title: Mucilage: a potential root trait facilitating plant access to soil resources under drying condition
Description: Motivation: The rhizosphere, as a hotspot of biological activity, is receiving growing attention as it postulated to promote efficient and sustainable use of limited water and nutrient resources. Defined as the region of soil affected by plant root growth and exudation, the physical and hydrological properties of the rhizosphere are majorly affected by the presence of mucilage, a polymeric gel-like substance exuded at the tip of many plant roots. Despite steady interest in the rhizosphere, we just began to explore its biophysical characteristics, particularly the effect of mucilage on transport of water and nutrients.Objective: the aim of this project is to understand how mucilage affects the transport of nutrients in drying soil and to develop 1) a constitutive model of water flow and nutrient transport across soils embedded with mucilage and 2) a physically-based parameterization of mucilage effects on water- and nutrient-related soil properties, including the water retention curve, the unsaturated hydraulic conductivity, diffusion coefficient, and adsorption. Hypothesis: the underlying hypothesis of this project is that mucilage facilitates the transport of nutrients in drying soil by maintaining the connectivity of the liquid phase within pores. This positive effect originates from the intrinsic properties of mucilage (high viscosity, low surface tension, and high water retention), which are shared among all the mucilage secreted by plant roots. These alterations enhance water retention and liquid connectivity of soil during drying, facilitating both i) the flow of water and ii) transport of nutrients across the rhizosphere and therefore favor water and nutrient uptake by plant roots. Regarding nutrient-related properties of soil, mucilage, besides facilitating the transport and availability of nutrients due to its effect on biophysical and hydrological soil properties (water-related properties), it may alter the buffering capacity of the soil and therefore soil nutrient availability. Methodology: in brief, we will first experimentally quantify the effect of plant mucilage on water and nutrient-related properties of soil. To do so, we will extract mucilage from barley and maize plant roots and mix it with soils of varying textures at varying mucilage contents. We will quantify the effect of mucilage on water-related properties such as soil water retention, hydraulic conductivity, and spatial distribution of liquid phase as a function of mucilage content, soil water content, and soil texture. Similarly, we will quantify the mucilage effect on nutrient-related properties such as diffusion, adsorption, mass flow, and transport of nutrients as function of mucilage content, soil water content, and soil texture. Outcome: we will develop a general conceptual model to describe and parameterize the effects of mucilage on water and nutrient transport within the soil and finally predict their uptake by plant roots under drying soil conditions.
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