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Organisationseinheit der BAM
Haben Sie sich schon einmal überlegt, was unter Ihren Füßen
geschieht, wenn Sie über eine Wiese gehen? Könnten
Sie beschreiben, wie es im Boden aussieht? Wie ist die
Struktur des Bodens, wie breiten sich darin die Wurzeln
der Pflanzen aus und wie ist die Wasserverteilung im Porenraum,
welche die Umsatzprozesse im Boden bestimmt?
Diese Fragen können Sie beantworten, wenn sie die Möglichkeit
nutzen, den Boden mittels Computertomographie
visuell darzustellen und quantitativ zu analysieren. Dazu
müssen Sie aber zunächst nicht nur eine Probe, sondern statistisch
relevant viele Proben aus dem Boden entnehmen.
Eine Maschine zur zerstörungsfreien Bodenprobenahme
ist notwendig. Wir beschreiben hier den Aufbau und den
Einsatz eines solchen Gerätes und zeigen erste dadurch gewonnene
Makro- & Mikro-Computertomographiebilder.
Mit Hilfe der Computertomographie können zerstörungsfrei Bilder des Bodengefüges gewonnen werden. Sowohl die verschiedene Dichte des Bodens als auch Hohlräume und Poren sowie Wurzeln und anderes organisches Material können dargestellt werden. Die Wurzeln werden dabei lagerichtig wiedergegeben. Begrenzt wird dieses durch die Ortsauflösung des jeweiligen Tomogramms.
Ist die Methode für eine Fragestellung aus der landwirtschaftlichen Praxis – Einfluss der Bodenbearbeitung auf das Wurzelbild von Raps – geeignet?
X-ray computed microtomography for the study of the soil-root relationship in grassland soils
(2013)
We present results from the analysis of three-dimensional X-ray computed tomography images of undisturbed soil samples in grassland sites. A strong positive correlation between root parameters and the solid surface/solid volume ratio was found. Preliminary analyses suggest that the relationship between soil structure and root patterns is related to the intensity of land management at the grassland sites, with reduced root volumes at sites with increased land use intensity.
The exploration of soil structure and its consequences for ecological functions is of prime importance for understanding of the 'critical zone.' In soils, the relationship between soil structure and plant roots—which influences water dynamics in soil—deserves special interest. With X-ray computed microtomography (micro-CT), soil structure and roots may be visualized and quantified simultaneously. We analyzed undisturbed soil samples from three grassland sites. After scanning the soil cores with an X-ray micro-CT scanner (resolution 40 µm), roots were delineated from the soil material and soil pore space by means of their X-ray grey value characteristics followed by the use of space transformation during image analyses. To determine efficacy of the X-ray micro-CT to identify roots, root volumes and surfaces were quantified with a standard root washing method showing good correspondence. A strong positive correlation between root volume and surfaces and the solid surface/solid volume ratio was found, with greater root growth in a more aggregated and porous soil. Preliminary analyses suggest that the relationship between soil structure and root patterns is related to the intensity of land management at the grassland sites, with reduced root volumes and surfaces at sites with increased land use intensity. This methodology has substantial potential for further research on management influences on soil structure and root growth across landscapes.
Soil structure, the spatial arrangement of soil elements, integrates a variety of drivers in agricultural soil (parent material, tillage, crop rotation, organic fertilizer, below ground biodiversity). It is related to almost all soil functions.
Relationships between soil structure and the carbon sequestration potential of soil are known from the comparison of different land use systems (grassland vs. tilled soils ) and are expected to be a general phenomenon.
Therefore , we expect soil structure assessed by modern non - destructive methods to be a valuable tool for the optimization of soil organic matter management in agricultural soils