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Purpose
Root growth, respiration, water uptake as well as root exudation induce biogeochemical patterns in the rhizosphere that can change dynamically over time. Our aim is to develop a method that provides complementary information on 3D root system architecture and biogeochemical gradients around the roots needed for the quantitative description of rhizosphere processes.
Methods
We captured for the first time the root system architecture of maize plants grown in rectangular rhizotrons in 3D using neutron computed laminography (NCL). Simultaneously, we measured pH and oxygen concentration using fluorescent optodes and the 2D soil water distribution by means of neutron radiography. We co-registered the 3D laminography data with the 2D oxygen and pH maps to analyze the sensor signal as a function of the distance between the roots and the optode.
Results
The 3D root system architecture was successfully segmented from the laminographic data. We found that exudation of roots in up to 2 mm distance to the pH optode induced patterns of local acidification or alkalization. Over time, oxygen gradients in the rhizosphere emerged for roots up to a distance of 7.5 mm.
Conclusion
Neutron computed laminography allows for a three-dimensional investigation of root systems grown in laterally extended rhizotrons as the ones designed for 2D optode imaging studies. The 3D information on root position within the rhizotrons derived by NCL explained measured 2D oxygen and pH distribution. The presented new combination of 3D and 2D imaging methods facilitates systematical investigations of a wide range of dynamic processes in the rhizosphere.
Küstennahe Niedermoore wurden durch den Menschen verändert, bspw. durch das Anlegen von Entwässerungsgräben, dem Bau von Küstenschutzdeichen oder aktuell einer Renaturierung. Außerdem ist es wichtig die komplexe Interaktion mit der See zu verstehen, um Aussagen über die zukünftige Entwicklung treffen zu können. In der vorliegenden Studie wurde die ober- und unterirdische Strömung in einem Feuchtgebiet an der mecklenburgischen Ostseeküste nahe Warnemünde
(Deutschland) untersucht, um dessen wechselseitigen Austausch mit der Ostsee zu quantifizieren und zu analysieren, wie sich ein Sturmhochwasserereignis auf den Salzeintrag ins Gebiet auswirkt. Hierfür wurde ein dreidimensionales
instationäres Grundwassermodell erstellt, mit einem eindimensionalen Modell des Grabensystems gekoppelt und mit Messungen im Gebiet kalibriert und verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass neben der oberirdischen Entwässerung auch der
Grundwasserabstrom in Richtung Ostsee eine wesentliche Komponente der Wasserbilanz darstellt. Das Verhalten entlang der Küste wird deutlich durch die Dynamik der Ostseewasserstände geprägt, wobei ein Grundwasserabstrom mit einem
Zustrom von Ostseewasser bei hohen Küstenwasserständen innerhalb täglicher bis wöchentlicher Zeitskalen wechselt.