Obwohl die Durchwurzelung starker Böden auf der Ebene einzelner Wurzelachsen intensiv untersucht wurde, sind die Wechselwirkungen zwischen den physikalischen Eigenschaften des Bodens und der Nahrungssuche im Boden durch ganze Pflanzen weniger klar. Christopher Strock und Kollegen haben nachgeforscht wie sich Variationen in der Penetrationsfähigkeit verschiedener Wurzelklassen und Schüttdichteprofile, die in realen Böden vorkommen, auf die Strategien zur Bodensuche auswirken.
Die Fähigkeit einer Pflanze, in den Boden einzudringen, variiert mit der Bodenverdichtung. Wenn Poren im Boden schlecht verbunden sind und es wenige Lücken im Boden gibt, ist es für eine Wurzel schwierig, Bodenpartikel aus dem Weg zu schieben. Wenn Wurzeln behindert werden, erreichen sie ein kleineres Volumen und haben Zugang zu weniger Nährstoffen in der Erde. Dies wiederum verringert die Produktivität der Landwirtschaft. Es wäre also nützlich zu verstehen, wie Wurzeln mit Böden interagieren. Strock und Kollegen sagen in ihrem Artikel, dass es Untersuchungen dazu gibt, aber sie gehen noch weiter.
„Obwohl viele der Prozesse rund um das Eindringen einzelner Wurzelachsen gut erforscht sind, sind die breiteren Wechselwirkungen zwischen Bodenstruktur, Stoffwechselkosten der Bodenerkundung und Pflanzenfitness weniger klar. Gegenwärtig sind empirische Daten zur Bodenstruktur und Wurzellängendichte spärlich, da die feldbasierten Messungen, die zur angemessenen Bewertung dieser Wechselwirkungen erforderlich sind, komplex und mühsam sind.“
Das Team verwendete ein neues Modul für das Anlagenmodell OpenSimRoot das Wechselwirkungen zwischen physikalischen Eigenschaften des Bodens, Wurzelwachstum und Stoffwechselkosten berücksichtigt und die Simulation realistischerer Wachstumsszenarien ermöglicht. Sie nutzten dieses Modell, um zu untersuchen, wie sich verschiedene Wurzelklassen in ihrer Fähigkeit unterschieden, Böden unterschiedlicher Härte zu durchdringen.
Strock und Kollegen fanden heraus, dass Böden mit Pflugpfannen und Schüttdichtegradienten die Gesamtgröße, Verteilung und Kohlenstoffkosten des Wurzelsystems beeinflussten. Böden mit hoher Schüttdichte in der Tiefe erschwerten die Durchwurzelungstiefe und verringerten die Nitratauswaschung, wodurch die Übereinstimmung von Stickstoff und Wurzellänge verbessert wurde.
Strock und Kollegen schlussfolgern: „Während die Erhöhung der Penetrationsfähigkeit von Axial- oder Seitenwurzelklassen Wurzelsysteme mit vergleichbarer Nettolänge erzeugte, erhöhte eine verbesserte Penetration von Axialwurzeln die Zuordnung der Wurzellänge in tieferen Domänen, wodurch die N-Aufnahme und die Sprossbiomasse verstärkt wurden. Obwohl eine verbesserte Penetrationsfähigkeit beider Wurzelklassen mit höheren Kohlenstoffkosten des Wurzelsystems verbunden war, wurden diese durch den Nutzen für die Pflanzenfitness aus einer verbesserten Bodenerkundung und Ressourcenerfassung ausgeglichen. Während Seitenwurzeln den Großteil der Länge des Wurzelsystems ausmachen, fungieren Axialwurzeln als Gerüst, das die Verteilung dieser Seitenwurzeln bestimmt. In Böden mit hoher Bodenfestigkeit und Auswaschung weisen Wurzelsysteme mit verbesserter Penetrationsfähigkeit von Axialwurzeln eine größere Verteilung der Wurzellänge in der Tiefe auf, wodurch die Aufnahme mobiler Ressourcen verbessert wird.“
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Strock, CF, Rangarajan, H., Black, CK, Schäfer, ED und Lynch, JP (2022) „Theoretische Beweise dafür, dass die Fähigkeit zur Durchwurzelung mit Bodenverdichtungsregimen interagiert, um die Nitrataufnahme zu beeinflussen.“ Annals of Botany, https://doi.org/10.1093/aob/mcab144
