Uniwersytet Leibniz Hannover: Pomiar siły i badania z ZwickRoell do badania wzrostu końcówek korzeni roślin
Case Study
- Klient: Uniwersytet Leibniza w Hanowerze, Instytut Nauk o Systemie Ziemi, Katedra Gleboznawstwa, Katedra Biofizyki Gleby
- Miejscowość: Hannover, Niemcy
- Branża: Instytuty & Akademia
- Temat: Odporność na penetrację w glebach w zależności od wysięków korzeniowych i wilgotności gleby
Styczeń 2025
Instytut Nauk o Systemie Ziemi Uniwersytetu Leibniza w Hanowerze symuluje wzrost korzenia w glebie. Końcówki korzeni roślin wydzielają wydzielinę korzeniową (tzw. „Mucigel”), która może wpływać na dalszy wzrost korzeni. Z pomocą ZwickRoell przeprowadzono badania nad tym, jak to się dzieje w zależności od zawartości wody w glebie i jakie siły wspomagają rozwój korzeni.
Instytut Nauk o Systemie Ziemi na Uniwersytecie Leibniza w Hanowerze
Instytut Nauk o Systemie Ziemi (IESW) na Uniwersytecie Leibniza w Hanowerze został założony w 2024 roku i jest dużą interdyscyplinarną instytucją łączącą kilka poprzednich instytutów, w tym gleboznawstwa, geobotaniki, geologii, mineralogii oraz geografii fizycznej i ekologii krajobrazu. Celem tej restrukturyzacji jest zacieśnienie współpracy między różnymi dyscyplinami naukowymi oraz promocja badań nad złożonymi interakcjami między człowiekiem a przyrodą.
Głównym obszarem zainteresowań IESW jest badanie skutków globalnych zmian, zwłaszcza w odniesieniu do zmian klimatu, utraty różnorodności biologicznej i zrównoważonego wykorzystania zasobów. Instytut stosuje zintegrowane podejście, które uwzględnia zarówno perspektywę naukową, jak i społeczną, aby znaleźć rozwiązania pilnych problemów środowiskowych. Ponadto IESW promuje tworzenie wspólnego geokampusu, który ułatwia wymianę studentów i naukowców oraz wzmacnia interdyscyplinarne nauczanie. Dzięki innowacyjnym projektom badawczym i programom studiów nastawionym na praktykę, instytut oferuje platformę dla przyszłych naukowców, którzy chcą stawić czoła wyzwaniom naszych czasów.
Zadanie
Pomiar sił podczas symulowanego wzrostu korzeni
Wpływ wilgotności gleby na działanie Mucigela na siły niezbędne do wzrostu korzeni pozostaje w dużej mierze niezbadany. Badania stanęły zatem przed wyzwaniem całkowitego przeprojektowania badania, które mogłyby symulować wzrost korzenia. Wymagało to próby ściskania z regulowaną prędkością pomiaru, w którym położenie i występująca siła mogły być mierzone w krótkich odstępach czasu i z dużą dokładnością.
Rozwiązanie firmy ZwickRoell
Próba ściskania z igłą penetrometru ze stali nierdzewnej
Wzrost korzeni symulowano poprzez wciskanie igły penetrometru w przygotowane próbki gleby z określoną prędkością. Specjalnie zaprojektowaną końcówkę ze stali nierdzewnej (dostosowaną do geometrii korzeni rośliny) wciskano z określoną prędkością w jednorodne próbki gleby o różnej zawartości Mucigelu i wody. Naukowcy wykorzystali maszynę do badań materiałów ZwickRoell AllroundLine (Z100). Na podstawie powstałych sił obliczono opór penetracji i energię potrzebną do wzrostu korzeni, a także określono wpływ Mucigelu i zawartości wody. Dzięki szerokiemu zakresowi możliwych prędkości badawczych, wstępne badanie pozwoliło na wybranie najlepszego możliwego wariantu, który dał realistyczne wyniki przy zoptymalizowanym czasie pomiaru. Zmierzone siły stanowiły podstawę obliczeń i analizy badanych czynników.
„Stosując maszynę do badania materiałów ZwickRoell, odkryliśmy, że śluz wspomaga wzrost korzeni roślin, zwłaszcza wtedy, gdy sytuacja jest dla nich najtrudniejsza. Mianowicie na glebie suchej i gliniastej. Krótko mówiąc: Symulowaliśmy wzrost korzenia rośliny w glebie i zmierzyliśmy powstające siły.“
MSc Ulla Rosskopf, doktorantka w Instytucie Gleboznawstwa Uniwersytetu Leibniza w Hanowerze
Wynik
Wilgotność gleby ma kluczowe znaczenie
Wpływ Mucigelu na siłę korzeni potrzebną do wzrostu zależy od panującej wilgotności gleby. W glebie drobnoziarnistej (gliniastej) śluz zmniejszał ilość energii potrzebnej do wzrostu korzeni w warunkach suchych, natomiast nieznacznie ją zwiększał w glebie wilgotnej. W przypadku gleby grubszej (piasek) efekty te były znacznie mniej wyraźne.
Tutaj możesz znaleźć publikację w literaturze naukowej.
