Statistische Analyse und Modellierung von Wurzelkenngrößen zur Beschreibung von räumlich und zeitlich aufgelösten Wurzelsystemen, anhand experimenteller und simulierter Bilddaten aus Computertomographie und Wurzelarchitekturmodellen
Mathematik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Pflanzenwurzeln und Boden interagieren auf vielfältige Weise miteinander. Diese Wechselwirkungen, die sich hauptsächlich auf die Rhizosphäre der Wurzeln konzentrieren, umfassen mechanische, chemische, geologische, mikrobielle und andere Aspekte, die alle von den ortsaufgelösten Strukturen von Wurzeln und Boden abhängen. In gemeinsamen Studien mit unterschiedlichen Kooperationspartnern wurden im Projektzeitraum verschiedene Aspekte dieser Interaktionen untersucht. Beginnend mit einem Fokus auf die Architektur und das Wachstum von Wurzeln wurde ein Framework zum Benchmarking funktional-struktureller Wurzelarchitekturmodelle entwickelt. Mit der Definition verschiedener Benchmark-Szenarien zur Bewertung der Wurzelarchitektur und -funktion sowohl einzeln als auch gemeinsam soll anderen Forschern die Möglichkeit gegeben werden, die Leistungsfähigkeit ihrer Modelle für Wurzelarchitektur und Wurzel-Boden-Interaktionen zu bewerten. Die Wechselwirkungen von Wurzeln und Boden innerhalb der Rhizosphäre und insbesondere der mikrobiell vermittelten Bodenprozesse waren Gegenstand einer zweiten gemeinsamen Veröffentlichung. Hier wurde gezeigt, dass räumlich aufgelöste Messungen der Bodenstrukturen und der mikrobiellen Aktivität in Kombination mit korrelativen Statistiken notwendig für ein umfassendes Verständnis der zugrunde liegenden Bodenprozesse und Wechselwirkungen sind. Weitere Arbeiten konzentrierten sich auf die Untersuchung des Einflusses der dreidimensionalen Bodenmikrostruktur auf diffusive Transportprozesse . Basierend auf tomografischen Bilddaten verschiedener Arten von Böden wurden numerische Simulationen durchgeführt, um die Diffusivität innerhalb des Porenraums des Bodens zu berechnen. Zusätzlich wurden verschiedene geometrische Deskriptoren des Porenraums berechnet und mit der Diffusivität korreliert. Vorhersageformeln für die Diffusivität als Funktionen geometrischer Deskriptoren wurden erstellt. Dies führte zu einem besseren Verständnis darüber, wie die Mikrostruktur des Bodens Transportprozesse beeinflusst. Im Rahmen dieses Projekts wurden Ergebnisse erzielt, die das Verständnis vertieften über Wechselwirkungen zwischen Wurzeln und Boden und wie diese durch die dreidimensionale Wurzelarchitektur und die Mikrostruktur des Bodens gesteuert werden. Erkenntnisse wurden aus hierzu im Projekt durchgeführten Untersuchungen gewonnen sowie durch die Möglichkeit, anderen Forschern das Leistungsvermögen verschiedener Wurzelarchitekturmodelle besser zugänglich zu machen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Call for participation: Collaborative benchmarking of functional-structural root architecture models. The case of root water uptake. openRxiv.
Schnepf, Andrea; Black, Christopher K.; Couvreur, Valentin; Delory, Benjamin M.; Doussan, Claude; Koch, Axelle; Koch, Timo; Javaux, Mathieu; Landl, Magdalena; Leitner, Daniel; Lobet, Guillaume; Mai, Trung Hieu; Meunier, Félicien; Petrich, Lukas; Postma, Johannes A.; Priesack, Eckart; Schmidt, Volker; Vanderborght, Jan; Vereecken, Harry & Weber, Matthias
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Bridging Microbial Functional Traits With Localized Process Rates at Soil Interfaces. Frontiers in Microbiology, 12.
Blagodatskaya, Evgenia; Tarkka, Mika; Knief, Claudia; Koller, Robert; Peth, Stephan; Schmidt, Volker; Spielvogel, Sandra; Uteau, Daniel; Weber, Matthias & Razavi, Bahar S.
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Quantifying the Impact of 3D Pore Space Morphology on Soil Gas Diffusion in Loam and Sand. Transport in Porous Media, 149(2), 501-527.
Prifling, Benedikt; Weber, Matthias; Ray, Nadja; Prechtel, Alexander; Phalempin, Maxime; Schlüter, Steffen; Vetterlein, Doris & Schmidt, Volker
