Soil structure formation through the action of plants

Abstract

Bodenstruktur, d.h. die räumliche Anordnung von Poren und Festsubstanz, ist keinesfalls statisch, sondern unterläuft ständigen Änderungen, z.B. durch Wurzeln. Diese Veränderungen sind jedoch schwer zu quantifizieren. In dieser Arbeit wurden daher Proben einer Chronosequenz mit Hilfe von Röntgentomographie (CT) analysiert. Mehrere neue Protokolle ermöglichten. die Segmentierung von Bioporen und die Analyse von Gradienten um Wurzeln. Weiterhin konnte die korrelative Analyse von CT und bildgebender Spektroskopie als neue Methode angewendet werden, um neue Erkenntnisse über das Zusammenspiel von Bodenstruktur und Biogeochemie zu gewinnen. Eines der entscheidenden Ergebnisse dieser Arbeit ist, dass bereits nach 6 Jahren ein komplexes System von Bioporen entstand. Dieses Netz verbindet Poren >0,1 mm und führt so zu einem hochvernetzten Porensystem. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Arbeit die erste umfassende Analyse der Bodenstrukturbildung durch die Wirkung von Pflanzen bietet.

Soil structure, defined as the spatial arrangement of pores and solids, is not static but subject to constant changes, e.g. induced by plant roots. However, these changes are difficult to quantify because they occur in soil that is opaque. Here, samples of a chronosequence were analysed using X-ray μCT. Several new protocols enabled e.g. the segmentation of biopores and the analysis of gradients around roots/biopores. Moreover, a new method was developed, which uses the correlative analysis of X-ray μCT and imaging infrared spectroscopy to investigate the interplay of biogeochemical properties and soil structure. One of the most important results of this work is that a complex system of biopores was established over time that reached an equilibrium state already after 6 years. This network of biopores is able to connect pores >0.1 mm. In summary, this thesis provides the first comprehensive analysis of soil structure formation through the action of plants.