E5 Erdungsschnittstelle

Thema

Die Wurzel-Boden-Grenzfläche ist die Austauschzone, in der die Pflanzenwurzel Wasser aufnimmt, Nährstoffe aufnimmt und an der Biogeochemie der umgebenden Rhizosphäre beteiligt ist. Diese drei Prozesse finden gleichzeitig im selben Bodenvolumen statt, wobei jeder von einer anderen Bodeneigenschaft abhängt.

An der Wurzel-Boden-Grenzfläche wird die Wasseraufnahme durch die Wurzel vom Matrixpotenzial des Bodens bestimmt. Dieses Matrixpotenzial ist die Komponente des Bodenwasserpotenzials, die sich aus der Kraft ergibt, mit der die Bodenpartikel Wasser entgegen der Saugkraft der Wurzel zurückhalten. Je negativer das Matrixpotenzial des Bodens ist, desto stärker hält der Boden sein Wasser zurück und desto weniger Wasser kann die Wurzel über die Wurzel-Boden-Grenzfläche aufnehmen.

An der Wurzel-Boden-Grenzfläche erfolgt die Nährstoffaufnahme über zwei Wege: Diffusion, bei der Nährstoffe in der Bodenlösung von ihrer höheren Konzentration zur Wurzeloberfläche wandern, wo die Konzentration aufgrund der Nährstoffaufnahme durch die Wurzel niedriger ist; und Massenfluss, bei dem das von der Wurzel aufgenommene Wasser die darin gelösten Nährstoffe in der Bodenlösung mit sich führt. Je schneller die Wurzel Wasser aufnimmt, desto mehr Nährstoffe erhält sie durch Massenfluss, unabhängig davon, wie viel sie durch Diffusion aufnimmt.

Auch an der Wurzel-Boden-Grenzfläche trägt die Wurzel zur Biogeochemie der Rhizosphäre bei, indem sie Exsudate in den umgebenden Boden abgibt. Diese Exsudate ernähren Bodenmikroorganismen, darunter Mykorrhiza, die der Wurzel wiederum Zugang zu Nährstoffen ermöglichen, die sie allein nicht erreichen könnte. Die Exsudate selbst verändern zudem den lokalen pH-Wert des Bodens um die Wurzel herum, was wiederum die chemische Verfügbarkeit verschiedener Nährstoffe in derselben Bodenlösung beeinflusst, aus der die Nährstoffaufnahme erfolgt. Von den Bodeneigenschaften, die die Wurzel-Boden-Grenzfläche beeinflussen, ist die hydraulische Leitfähigkeit des Bodens die wichtigste für die Pflanze, da sie bestimmt, wie schnell der Boden zusammen mit der Wurzel das bereits aufgenommene Wasser wieder auffüllen kann. Im Gegensatz zum Bodenmatrixpotenzial, das mit zunehmender Austrocknung des Bodens allmählich abnimmt, sinkt die hydraulische Leitfähigkeit des Bodens deutlich nichtlinear und fällt stark ab, lange bevor der Boden vollständig ausgetrocknet ist. Dieser nichtlineare Abfall der hydraulischen Leitfähigkeit des Bodens führt zu einem Engpass in der Wasserversorgung der Wurzel: Selbst wenn noch eine beträchtliche Menge Wasser im Boden gespeichert ist, kann dieses nicht mehr schnell genug durch die Wurzel-Boden-Grenzfläche zur Wurzeloberfläche gelangen, und die Wasseraufnahme der Pflanze wird durch diesen Engpass begrenzt, lange bevor der Boden tatsächlich an Wasser verarmt ist.

ID:719