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Projekt
Modellierung von Selbstorganisation in der Rhizosphäre
Antragstellerin
Professorin Dr. Andrea Schnepf
Fachliche Zuordnung
Bodenwissenschaften
Strömungsmechanik
Strömungsmechanik
Förderung
Förderung seit 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403641034
Das Verständnis von lokalen Wechselwirkungen von Rhizosphärenprozessen und deren Effekte auf der Pflanzenskala bleibt eine große Herausforderung. Die Verknüpfung von Rhizosphärenprozessen über Skalen hinweg ist daher eine wichtige Aufgabe der Modellierung. In Phase I wurde ein Multiskalen-Mehrkomponenten-Modellierungsansatz weiterentwickelt, der die Berücksichtigung von Rhizosphärenprozessen auf der Wurzelsystemskala erlaubt. Daten unserer SPP-Partner wurden in die Simulationen integriert, etwa die Wurzelarchitektur der zwei Maisgenotypen oder Rhizosphärengradienten der Lagerungsdichte, und deren Effekt auf Wurzelwasseraufnahme oder Exsudat-Hotspot-Dynamik evaluiert. In Phase II werden wir unseren Ansatz der Modellierung und Modell-Daten-Integration weiter ausbauen. In Arbeitspaket 1 ist es unser Ziel, die Wurzelbeobachtungen aus Labor- und Feldstudien unserer SPP-Partner systematischer zu nutzen, um die 3D-Wurzelsystemarchitekturen zu rekonstruieren und unser Wurzelarchitekturmodell CPlantBox zu parametrisieren. Ziel von Arbeitspaket 2 ist es, mit Hilfe der Modellierung den Einfluss von Lagerungsdichte- und Mucilagegradienten in der Rhizosphäre auf die Wasseraufnahme eines wachsenden Wurzelsystems unter dem Einfluss der beiden SPP Substrate und Mais-Genotypen zu bewerten. Mit Hilfe der rekonstruierten Wurzelarchitekturen der Bodensäulenexperimente können wir virtuelle Zwillinge dieser Experimente erstellen. Auf diese Weise werden wir das Modell nutzen, um unser Verständnis des Systems zu verbessern. Unsere Hypothese ist, dass diese Rhizosphärengradienten den Zeitpunkt des Einsetzens von Wasserstress sowie das Tempo der Wiederbefeuchtung beeinflussen. Arbeitspaket 3 wird die raum-zeitlichen Rhizodepositionsmuster um wachsende Wurzelsysteme und deren Einfluss auf die Nährstoffaufnahme durch die Wurzeln unter Berücksichtigung unterschiedlicher Wurzelarchitekturen der beiden Genotypen und zweier unterschiedlicher Substrate untersuchen. Ein Hauptziel ist es, mit Hilfe des Modells Muster zu erklären, die experimentell in Säulenexperimenten beobachtet wurden. Darüber hinaus werden wir die Wurzelentwicklung (unter Verwendung des in Arbeitspaket 1 entstandenen Parametersatzes für das Wurzelarchitekturmodell) und entsprechende Rhizodepositions- und Nährstoffmuster reifer Pflanzen auf der Feldskala simulieren. Dies soll eine virtuelle Darstellung des zentralen Feldexperiments des Schwerpunktprogramms darstellen. Hier wird der Fokus darauf liegen, die Rolle der verschiedenen Wurzeltypen der reifen Maispflanzen zu verstehen. In Arbeitspaket 4 werden wir Parametrisierungen aus den vorherigen Arbeitspaketen kombinieren. Darüber hinaus werden wir Simulations-Setups nicht nur für Mais, sondern auch für Gerste erstellen und dabei experimentelle Daten der SPP-Partner verwenden. Dies wird uns ermöglichen zu verstehen, ob ein bestimmtes Verhalten pflanzenartenspezifisch ist oder für beide Arten gilt.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
