Deep Roots in Plants Driven by Soil Hydrology
On Januar 16, 2022 by adminRutgers-Professor leitet Synthesestudie über Wurzeln – die „Gehirne“ der Pflanzenwelt – und ihre Beziehung zur Hydrologie
„Charles Darwin schrieb einmal, dass die Spitzen der Pflanzenwurzeln so etwas wie die Gehirne der Pflanzen sind. Die Wurzeln spüren die Umgebung. Sie spüren, wo Wasser ist, wo es mehr Nährstoffe gibt, und sie suchen nach diesen Ressourcen. Die Wurzeln sind der klügste Teil der Pflanze.“
– Professor Ying Fan Reinfelder
Auf der Suche nach Wasser dringen einige Baumwurzeln Hunderte von Metern tief in den Boden ein, und viele Bäume schicken ihre Wurzeln durch Risse in Felsen, so eine neue Studie unter der Leitung eines Professors der Rutgers University-New Brunswick.
Die Tiefe der Pflanzenwurzeln, die je nach Art und Bodenbeschaffenheit variiert, wird eine Schlüsselrolle bei der Anpassung der Pflanzen an den Klimawandel spielen, so Ying Fan Reinfelder, Professorin am Department of Earth and Planetary Sciences und am Department of Environmental Sciences.
„Charles Darwin schrieb einmal, dass die Spitzen der Pflanzenwurzeln so etwas wie die Gehirne der Pflanzen sind“, so Reinfelder. „Die Wurzeln spüren die Umwelt. Sie spüren, wo Wasser ist, wo es mehr Nährstoffe gibt, und sie suchen nach diesen Ressourcen. Die Wurzeln sind der intelligenteste Teil der Pflanze“
Reinfelder und Kollegen veröffentlichten ihre Ergebnisse heute online in den Proceedings of the National Academy of Sciences. Die Studie demonstriert die Beziehung zwischen Pflanzenwurzeln und Wasserverfügbarkeit. Sie zeigt anhand von Beobachtungen und Modellierungen, dass die Bodenhydrologie die treibende Kraft hinter den lokalen und globalen Mustern der Wurzeltiefe ist.
Die Ergebnisse der Studie zeigen eine starke Verbindung zwischen der Wurzeltiefe und den lokalen Boden- und Wasserbedingungen. In gut entwässerten Hochebenen reichen die Wurzeln bis zur Infiltration von Regen- und Schneeschmelzwasser hinunter. In wassergesättigten Niederungen bleiben die Wurzeln oberflächlich. Dazwischen können hohe Wachstumsraten und Trockenheit die Wurzeln viele Meter tief in die gesättigte Zone knapp über dem Grundwasserspiegel treiben.
Die Ergebnisse haben wichtige Auswirkungen auf die Frage, ob Baum- und andere Pflanzenarten in der Lage sein werden, sich an ein sich veränderndes Klima anzupassen und in diesem Jahrhundert und darüber hinaus zu überleben, so Reinfelder. Im Allgemeinen scheinen die Aussichten günstig zu sein. Pflanzen sind in der Regel anpassungsfähig, und Pflanzen mit tieferen Wurzeln werden einen größeren Vorteil haben.
„Pflanzen sind möglicherweise einfallsreicher und widerstandsfähiger gegenüber Umweltstress und Klimawandel als wir bisher dachten, aber nur bis zu einem gewissen Grad“, sagte sie. „Sie können eine Dürreperiode überstehen. Aber wenn die Dürre ein Jahrhundert lang anhält, werden sie das nicht verkraften können.“
Pflanzen können aus ungünstigen Umgebungen auswandern, indem sie sich bergab bewegen, wo es mehr Wasser gibt, bemerkte sie. Sie tun dies, indem sie Samen abwerfen, wobei diejenigen, die es in feuchtere, niedrigere Lagen schaffen, überleben.
Reinfelder merkte an, dass das Überleben der Pflanzen entscheidend für unser eigenes ist. Pflanzen stehen am Ende der Nahrungskette, erzeugen Sauerstoff und absorbieren Kohlendioxid, das wichtigste Treibhausgas, das mit dem Klimawandel in Verbindung gebracht wird.
Die von Reinfelder geleitete globale Studie umfasst 2.200 Beobachtungen der Wurzeln von mehr als 1.000 Arten aus allen wichtigen Pflanzengruppen, darunter Bäume, Gräser, Sträucher, krautige Pflanzen und Sukkulenten.
Ein nächster Schritt besteht darin, die Dürreresistenz des größten Waldes der Welt – des Amazonas-Regenwaldes – zu untersuchen und bis zum Ende dieses Jahrhunderts zu prognostizieren, da die Bäume dort tief verwurzelt sind, so Reinfelder.
„Wir müssen in das Verständnis der unterirdischen Hälfte des Ökosystems investieren“, sagte sie. „Es ist dunkel. Sie ist undurchsichtig, aber sie birgt den Schlüssel zu vielen Fragen, und die Wissenschaft muss hier Licht ins Dunkel bringen.“
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