Wurzelwachstum und Wurzelaktivität von Sommergerste, Sommerraps und Ackerbohne im bioporennahen Unterboden

Abstract

Bioporen werden von Regenwürmern und Pfahlwurzeln geformt und gelten als präferentieller Weg für das Wurzelwachstum in tiefere Bodenbereiche. Jedoch ist bislang unklar, ob dem bioporennahen Unterboden eine besondere Funktion für das Wurzelwachstum, die Nährstoffakquise und den Zugang in den bulk-Boden zukommt. In diesem Bereich fehlt es an einer Quantifizierung von Wurzelwachstum und die Messung von Wurzelaktivität. Mit speziell angefertigtem Beprobungswerkzeug wurde der bioporennahe Unterboden großlumiger, nahezu vertikal verlaufender Bioporen (Durchmesser >5 mm) in kleinteiligen Abständen in 0-2, 2-4 und 4-8 mm auf die Wurzellänge [cm], den Wurzeldurchmesser [mm], die Gesamt-C- und -N-Gehalte [%] (Ct, Nt) sowie den pH-Wert untersucht. Neben der Untersuchung von Bioporen im Feld wurde in Gefäßversuchen der Einfluss des Regenwurms und der Pfahlwurzel auf das Wurzelwachstum separat betrachtet. Für die Untersuchungen wurden Sommergerste, Sommerraps und Ackerbohne eingesetzt zur Abbildung verschiedener Wurzelsysteme. Die Ergebnisse zeigten einen deutlich ausgeprägten lateral abnehmenden Gradienten der Ct- und Nt-Gehalte im Feldversuch. In den Gefäßversuchen gab es keine Unterschiede zwischen den Bioporentypen in den Ct- und Nt-Gehalten. Die Wurzeln wuchsen hauptsächlich im Bioporenlumen und in 0-2 mm, geringer in 2-4 und 4-8 mm des bioporennahen Unterbodens. Der pH-Wert war in der Wurmpore höher als im bulk-Boden. Sommerraps und Ackerbohne zeigten anhand Wurzel-induzierter pH-Wertänderung eine deutliche Stoffwechselaktivität in der Wurzelprägung, während in der Wurmprägung keine signifikante pH-Wertveränderung für die drei Kulturarten sichtbar wurde. Die verminderte laterale Wurzelausdehnung im bioporennahen Unterboden deutet auf ein begrenztes Potenzial der Bioporen als Zugangsweg zum Explorieren des bulk-Bodens hin. Ein erhöhtes Wurzelwachstum in den ersten 2 mm des bioporennahen Unterbodens weist auf eine Verankerung der Wurzeln und eine Nährstoffaufnahme hin.

Biopores are formed by earthworms and taproots and are considered a preferential pathway for root growth into deeper soil layers. However, it is unclear to date whether the biopore sheath has a specific function for root growth, nutrient acquisition and access into the bulk soil. There is a lack of literature on the quantitative measurement of root growth and the measurement of actual root activity in the biopore sheath. Using sampling tools specially made for this type of investigation, the biopore sheath of large-sized, nearly-vertical biopores (diameter >5 mm) were sampled at small-scale intervals in 0-2, 2-4 and 4-8 mm and analyzed for root length [cm], root diameter [mm], total C- and N-contents [%] (Ct, Nt), and pH. In addition to the study of biopores in the field, the influence of earthworm or taproot on root growth was considered separately in pot experiments. Spring barley, spring oilseed rape and faba bean were used for the investigations in order to be able to map different root systems. The results showed a clearly pronounced laterally decreasing gradient of Ct- and Nt-contents in the field experiment. There were no differences between the biopore types in Ct- and Nt-contents in the pot experiments. Roots grew mainly in the biopore and in 0-2 mm, less in 2-4 and 4-8 mm of the biopore sheath. The pH value was higher in the worm type biopore than in the bulk soil. Based on root-induced pH change, spring oilseed rape and faba bean showed significant metabolic activity in root type biopore, while no significant pH change was found in worm type for the three crop species. The laterally decreasing root elongation from biopore surface towards bulk soil is pointing towards a limited potential of biopores as an access path to explore the bulk soil. Increased root growth in the first 2 mm of the biopore sheath indicates root anchorage and nutrient uptake.