Dynamics of soil structure and physical soil functions and their importance for the acquisition of nutrients from the subsoil
土壤结构和物理土壤功能的动态及其对于从底土获取养分的重要性
基本信息
- 批准号:170008750
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:德国
- 项目类别:Research Units
- 财政年份:2010
- 资助国家:德国
- 起止时间:2009-12-31 至 2015-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Subsoils are an often neglected nutrient source for crops. The mobilisation and use of this potential nutrient source is an important factor in sustainable land use. Nutrient accessibility, release, and transport are strongly dependent on soil structure and its dynamics controlled by spatiotemporally variable physical functions of the pore network. A well structured soil, for example, with numerous interconnected continuous biopores will enhance root growth and oxygen availability and hence nutrient acquisition. In contrast to soils with a poorly developed structure nutrient acquisition is limited by restricted root growth and reduced aeration. The goal of this research project is to investigate different preceding crops and crop sequences in developing characteristic biopore systems in the subsoil and to elaborate their effect on the functional performance of pore networks with respect to nutrient acquisition. The main research question in this context is how soil structure evolves during cultivation of different plant species and how structure formation influences the interaction of physical (water and oxygen transport, shrinking-swelling) biological (microbial activity, root growth) and geochemical processes (e.g. by creating new accessible reaction interfaces). In order to study and quantify pore network architectures non-invasively and in three dimensions X-ray computed microtomography and 3D image analysis algorithms will be employed. The results will be correlated with small- and mesoscale physical/chemical properties obtained from in situ microsensor (oxygen partial pressure, redox potential, oxygen diffusion rate) and bulk soil measurements (transport functions, stress-strain relationships) of the same samples. This will further our process understanding regarding the ability of various crop sequences to form biopore systems which enhance nutrient acquisition from the subsoil by generating pore network architectures with an efficient interaction of physical, biological and geochemical processes.
底土是一种经常被忽视的作物养分来源。调动和利用这种潜在的养分来源是可持续土地利用的一个重要因素。养分的可及性、释放和运移强烈依赖于土壤结构及其动态,而土壤结构及其动态受孔隙网络的时空可变物理功能控制。例如,结构良好的土壤,具有许多相互连接的连续生物孔隙,将促进根系生长和氧气供应,从而促进养分的获取。与结构发育不良的土壤相反,养分的获取受到根系生长受限和通气性降低的限制。本研究项目的目标是调查不同的前茬作物和作物序列在底土中开发特征生物孔隙系统,并阐述其对孔隙网络在养分获取方面的功能性能的影响。这方面的主要研究问题是土壤结构如何在不同植物物种的种植过程中演变,以及结构的形成如何影响物理(水和氧的运输,收缩膨胀)生物(微生物活动,根生长)和地球化学过程(例如通过创建新的可访问的反应界面)的相互作用。为了研究和量化孔隙网络结构的非侵入性和三维X射线计算机断层扫描和三维图像分析算法将被采用。这些结果将与从现场微传感器(氧分压、氧化还原电位、氧扩散速率)和相同样品的大量土壤测量(运输函数、应力-应变关系)获得的小尺度和中尺度物理/化学性质相关联。这将进一步加深我们对各种作物序列形成生物孔系统的能力的过程理解,生物孔系统通过产生具有物理、生物和地球化学过程的有效相互作用的孔隙网络结构来增强从底土中获取养分的能力。
项目成果
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