The effect of root exudates on rhizosphere water dynamics.
The effect of root exudates on rhizosphere water dynamics.
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DOI：
10.1098/rspa.2018.0149
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发表时间：
2018-09
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Roose T
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Cooper LJ;Daly KR;Hallett PD;Koebernick N;George TS;Roose T
植物生长所必需的大部分水分和营养物质都是通过根和土壤交界的一层薄薄的土壤传播的，这层土壤被称为根际。植物根系分泌的化学物质可以改变水相的流体性质，如粘度，这可能会影响植物的生产力和抗逆性。本文研究了植物分泌物对土壤水分运动宏观特性的影响。我们的出发点是两个流体流动和渗出物扩散的微观描述，在一个周期几何结构中由一个单位细胞的规则重复组成。利用多尺度均质化理论，推导了在宏观尺度上描述空气和水的运动以及植物渗出物扩散的耦合方程组。这些方程是由一组捕获流动行为的单元问题参数化的。通过将所得均匀化方程与原始孔隙尺度方程进行比较，验证了数学步骤，结果表明，对于8个细胞，两种模型之间的差异为> 7%。所得方程为研究植物-土壤相互作用提供了一种高效的计算方法。这将提高我们预测不同根系渗出模式如何影响作物对水分和养分的吸收的能力。
Most water and nutrients essential for plant growth travel across a thin zone of soil at the interface between roots and soil, termed the rhizosphere. Chemicals exuded by plant roots can alter the fluid properties, such as viscosity, of the water phase, potentially with impacts on plant productivity and stress tolerance. In this paper, we study the effects of plant exudates on the macroscale properties of water movement in soil. Our starting point is a microscale description of two fluid flow and exudate diffusion in a periodic geometry composed from a regular repetition of a unit cell. Using multiscale homogenization theory, we derive a coupled set of equations that describe the movement of air and water, and the diffusion of plant exudates on the macroscale. These equations are parametrized by a set of cell problems that capture the flow behaviour. The mathematical steps are validated by comparing the resulting homogenized equations to the original pore scale equations, and we show that the difference between the two models is ≲7% for eight cells. The resulting equations provide a computationally efficient method to study plant–soil interactions. This will increase our ability to predict how contrasting root exudation patterns may influence crop uptake of water and nutrients.
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