Leibniz University Hanover: Krachtmeting en onderzoek met ZwickRoell naar de groei van wortelspitsen bij planten
Case study
- Klant: Leibniz University Hanover, Institute of Earth Sciences, Department of Soil Science, Chair of Soil Biophysics
- Locatie: Hanover, Duitsland
- Branche: Onderzoeksinstellingen & universiteiten
- Onderwerp: Penetratieweerstand in de bodem in functie van wortelexudaten en bodemvochtigheid
Januari 2025
Het Institute of Earth System Sciences aan de Leibniz University Hanover simuleert de groei van een wortel in de bodem. Wortelspitsen van planten scheiden stoffen af in de bodem, beter gekend als mucigel, die de groei van de wortels kunnen beïnvloeden. Met ondersteuning van ZwickRoell onderzoekt de universiteit hoe dit proces beïnvloed wordt door het watergehalte van de bodem en welke krachten de wortels ontwikkelen.
Institute for Earth System Sciences aan de Leibniz University Hanover
Het Institute of Earth System Sciences (IESW) aan de Leibniz University Hanover werd opgericht in 2024 en is een belangrijk interdisciplinair instituut dat verschillende voorafgaande instituten combineert, waaronder Soil Science Geobotany, Mineralogy, Physical Geographgy en Landscape Ecology. Het doel van deze herstructurering is het intensifiëren van de samenwerking tussen verschillende specialismen en het onderzoek te bevorderen naar de complexe interacties tussen mens en natuur.
Een centraal vraagstuk van de IESW is het onderzoek naar de effecten van globale verandering, meerbepaald klimaatverandering, het verlies aan biodiversiteit en het duurzame gebruik van grondstoffen. Het instituut streeft naar een integrale aanpak met zowel wetenschappelijke als sociale perspectieven om zo oplossingen te ontwikkelen voor dringende milieuvraagstukken. Daarnaast wil het IESW een gezamenlijke geocampus creëren om de uitwisseling tussen studenten en onderzoekers te faciliteren en interdisciplinaire leermethoden te bevorderen. Dankzij innovatieve onderzoeksprojecten en praktijkgerichte studieprogramma’s biedt het instituut een platform voor wetenschappers in wording om de uitdagingen van onze tijd aan te gaan.
De taak
Meting van krachten tijdens gesimuleerde wortelgroei
De impact van het vochtgehalte in de bodem op het effect van mucigel op de krachten nodig voor wortelgroei is grotendeels onbekend. Onderzoekers werden daarom geconfronteerd met de uitdaging een volledig nieuw experiment te ontwerpen om de wortelgroei te simuleren. Hiervoor was een druktest nodig met instelbare meetsnelheid, waarbij positie en uitgeoefende kracht over korte intervallen uiterst nauwkeurig gemeten kunnen worden.
De ZwickRoell oplossing
Druktest met roestvrij stalen penetrerende naald
De groei van de wortel werd gesimuleerd door het drukken van een penetrerende naald in de geprepareerde bodemsamples bij een bepaalde snelheid. Een speciaal geproduceerde roestvrij stalen spits (gebaseerd op de wortelgeometrie van een plant) werd met een bepaalde snelheid in homogene bodemsamples gedrukt met verschillende gehalten aan mucigel en water. De onderzoekers maakten gebruik van een ZwickRoell AllroundLine (Z100) materiaaltestmachine. Uit de resulterende krachten werden doorsteekweerstanden en energie berekend voor de wortelgroei, en werd de invloed van mucigel en water gekwantificeerd. Dankzij het brede bereik aan mogelijke testsnelheden, kon de best mogelijke variant geselecteerd worden aan de hand van een voorafgaande test. Zo werden realistische resultaten gemeten met een optimale testduur. De gemeten krachten vormden de basis voor berekening en analyse van de onderzochte factoren.
“Dankzij de ZwickRoell testmachine ontdekten we dat de mucigel van de plant de wortelgroei bevordert in omstandigheden die uitdagend zijn voor de wortel. Dit is het geval bij droge en klei-achtige grond. Kortom: we simuleerden de groei van een plantwortel in de bodem en konden de resulterende krachten meten.”
Msc Ulla Rosskopf, doctoraatsstudent aan het Institute of Soil Science, Leibniz University Hanover
Het resultaat
Het vochtgehalte in de bodem is cruciaal
De invloed van de mucigel op de kracht nodig voor wortelgroei is afhankelijk van het vochtgehalte in de bodem. In een bodem met fijne korrelstructuur (klei) vermindert mucigel de benodigde energie voor wortelgroei in droge omstandigheden. In een vochtige bodem verhoogt de benodigde energie licht. Deze effecten waren duidelijk minder uitgesproken in een bodem met grovere structuur (zand).
Klik hier voor de publicatie in wetenschappelijke literatuur.
