Leibniz Universität Hannover: Kraftmessung und Forschung mit ZwickRoell zum Wachstum von Pflanzenwurzelspitzen
Case Study
- Kunde: Leibniz Universität Hannover, Institut für Erdsystemwissenschaften, Abteilung Bodenkunde, Professur für Bodenbiophysik
- Ort: Hannover, Deutschland
- Branche: Institute & Akademie
- Thema: Eindringwiderstände in Böden in Abhängigkeit von Wurzelexsudaten und Bodenfeuchte
Januar 2025
Das Institut für Erdsystemwissenschaften der Leibniz Universität Hannover simuliert das Wachstum einer Wurzel im Boden. Pflanzenwurzelspitzen scheiden in den Boden Wurzelexsudate aus (s. g. „Mucigel“), die sich auf das weitere Wachstum der Wurzel auswirken können. Mithilfe von ZwickRoell wurde erforscht, wie dies in Abhängigkeit vom Wassergehalt des Bodens geschieht und welche Kräfte die Wurzeln entwickeln.
Institut für Erdsystemwissenschaften an der Leibniz Universität Hannover
Das Institut für Erdsystemwissenschaften (IESW) an der Leibniz Universität Hannover wurde 2024 gegründet und stellt eine bedeutende interdisziplinäre Einrichtung dar, die mehrere vorherige Institute vereint, darunter Bodenkunde, Geobotanik, Geologie, Mineralogie sowie Physische Geographie und Landschaftsökologie. Diese Neustrukturierung zielt darauf ab, die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Fachbereichen zu intensivieren und die Forschung zu den komplexen Wechselwirkungen zwischen Mensch und Natur zu fördern.
Ein zentrales Anliegen des IESW ist die Untersuchung der Auswirkungen des globalen Wandels, insbesondere in Bezug auf den Klimawandel, den Verlust der Biodiversität und die nachhaltige Nutzung von Ressourcen. Das Institut verfolgt einen integrativen Ansatz, der sowohl naturwissenschaftliche als auch gesellschaftliche Perspektiven einbezieht, um Lösungen für drängende Umweltprobleme zu entwickeln. Darüber hinaus fördert das IESW die Schaffung eines gemeinsamen Geocampus, der den Austausch von Studierenden und Forschenden erleichtert und die interdisziplinäre Lehre stärkt. Durch innovative Forschungsprojekte und praxisnahe Studienangebote bietet das Institut eine Plattform für zukünftige Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die sich mit den Herausforderungen unserer Zeit auseinandersetzen möchten.
Die ZwickRoell Top Kompetenzen
- Individuelle Anpassung und Nutzungsmöglichkeiten der Prüfmaschine.
- Übersichtliche Softwareauswertung und benutzerfreundliche Bedienung.
- Hochgenaue Kraftsensoren für aussagekräftige Ergebnisse.
- Exakte Regulierung der Versuchsgeschwindigkeit.
Die Aufgabe
Messung von Kräften bei simuliertem Wurzelwachstum
Die Auswirkung von Bodenfeuchte hinsichtlich der Wirkung von Mucigel auf die für das Wurzelwachstum benötigten Kräfte ist bisher weitestgehend unerforscht. Die Forschung stand daher vor der Herausforderung, einen Versuch komplett neu zu konzipieren, mit dem das Wachstum einer Wurzel simuliert werden konnte. Dazu benötigt wurde ein Druckversuch mit regulierbarer Messgeschwindigkeit, bei dem Position und auftretende Kraft in kurzen Abständen und mit hoher Genauigkeit gemessen werden konnten.
Die ZwickRoell Lösung
Druckversuch mit Penetrometernadel aus Edelstahl
Das Wachstum der Wurzel wurde durch das Drücken einer Penetrometernadel in die vorbereiteten Bodenproben bei definierter Geschwindigkeit nachgestellt. Eine speziell angefertigte Edelstahlspitze (in Anlehnung an die Wurzelgeometrie einer Pflanze) wurde mit definierter Geschwindigkeit in homogene Bodenproben mit unterschiedlichen Kombinationen an Mucigel- und Wassergehalten gedrückt. Dabei setzten die Forscher auf eine ZwickRoell AllroundLine (Z100) Materialprüfmaschine. Aus den resultierenden Kräften wurden Eindringwiderstände und für das Wurzelwachstum benötigte Energien berechnet und der Einfluss von Mucigel- und Wassergehalt quantifiziert. Dank der großen Spanne an möglichen Testgeschwindigkeiten konnte mit Hilfe eines Vorversuchs die bestmögliche Variante gewählt werden, welche realistische Ergebnisse bei optimierter Messdauer lieferte. Die gemessenen Kräfte bildeten die Basis für Berechnungen und Analyse der untersuchten Faktoren.
„Mit der ZwickRoell Materialprüfmaschine konnten wir herausfinden, dass das Mucigel der Pflanze vor allem dann beim Wurzelwachstum behilflich ist, wenn die Situation für die Wurzel am schwierigsten ist. Nämlich in einem trockenen und lehmigen Boden. Kurzum: Wir haben das Wachstum einer Pflanzenwurzel im Boden simuliert und daraus resultierende Kräfte gemessen.“
MSc Ulla Rosskopf, Doktorandin am Institut für Bodenkunde, Leibniz Universität Hannover
Das Ergebnis
Bodenfeuchte ist von entscheidender Bedeutung
Der Einfluss von Mucigel auf die Kraft, welche die Wurzel zum Wachstum benötigt, ist abhängig von der herrschenden Bodenfeuchte. In einem feinkörnigen Boden (Lehm) verringerte Mucigel die für das Wurzelwachstum benötigte Energie unter trockenen Bedingungen, während sie sich im feuchten Boden leicht erhöhte. In einem grobkörnigeren Boden (Sand) waren diese Effekte deutlich schwächer ausgeprägt.
Hier finden Sie die Veröffentlichung in der wissenschaftlichen Fachliteratur.
Sie interessieren sich für Prüflösungen zu wissenschaftlichen Forschungsfragen?
Gerne beraten wir Sie unverbindlich und umfassend.
Passendes Produkt zur Case Study
