Studie zur Verknüpfung von skalenübergreifenden Prozessen in der Rhizosphäre

Parallel interagierende Prozesse in der Rhizosphäre bestimmen das Verhalten der Pflanzen und dessen Auswirkungen auf den Boden, wie zum Beispiel Wachstum, Transpiration, Nährstoffaufnahme, Kohlenstoffspeicherung im Boden und Umwandlung durch Mikroorganismen. Diese Prozesse laufen jedoch auf mehreren Skalen ab, was die Modellierung des Verhaltens von Rhizosphäre und Pflanze erschwert. Aktuelle Fortschritte bei der Modellierung und bei experimentellen Methoden eröffnen neue Möglichkeiten, um die Bedeutung und die Verflechtung dieser Prozesse auf verschiedenen Ebenen zu entschlüsseln. In einer kürzlich erschienenen Publikation stellen Schnepf et al. (2022) eine Reihe von Fallstudien zu Simulationen auf dem neuesten Stand der Technik vor, die sich mit diesem Multiskalen- und Multiprozessproblem aus der Sicht der Modellierung sowie aus der Sicht der Integration neu verfügbarer Rhizosphärendaten und -bilder befassen. Die Fallstudien umfassen bildbasierte Modellierung, Modellierung auf der Porenskala, Modellierung auf der Kontinuumsskala und funktionell-strukturelle Pflanzenmodellierung und zeigen, wie die Porenskala mit der Kontinuumsskala durch Homogenisierung oder durch die Ableitung effektiver physikalischer Parameter wie der Viskosität aus chemischen Eigenschaften auf der Nanoskala verbunden werden kann. Die Modellierung ermöglicht die Integration neuer experimenteller Daten über verschiedene Prozesse und Skalen in der Rhizosphäre, wie z. B. die Rhizodeposition der Wurzeln, die Nährstoffaufnahme der Pflanzen und die mikrobielle Aktivität im Boden. Die beschriebenen Modelle sind Werkzeuge zur Prüfung von Hypothesen und verbessern folglich unser mechanistisches Verständnis für die Rhizosphärenprozesse. Die weitere Verknüpfung mehrerer Skalen und Prozesse, einschließlich der Dynamik des Wurzelwachstums, ist der logische nächste Schritt für die künftige Forschung.
A. Schnepf, A. Carminati, M.A. Ahmed, M. Ani, P. Benard, J. Bentz, M. Bonkowski, M. Knott, D. Diehl, P. Duddek, E. Kröner, M. Javaux, M. Landl, E. Lehndorff, E. Lippold, A. Lieu, C. W. Mueller, E. Oburger, W. Otten, X. Portell, M. Phalempin, A. Prechtel, R. Schulz, J. Vanderborght & D. Vetterlein (2022): Linking rhizosphere processes across scales: Opinion. Plant and Soil. https://doi.org/10.1007/s11104-022-05306-7