Quantifying Root–Soil Mechanical Interactions: Effects of Texture, Genotype and Mucilage on Soil Stability and Deformation

Bodenstruktur ist von zentraler Bedeutung für das Pflanzenwachstum, da sie das Wurzelwachstum sowie die Verfügbarkeit von Wasser und Nährstoffen maßgeblich beeinflusst. Physikalische, chemische und biologische Prozesse formen gemeinsam die Bodenstruktur, doch die mechanischen Einflüsse der Pflanzenwurzeln, insbesondere durch ihre Interaktion mit der Bodenmatrix, sind bislang wenig erforscht. Diese Dissertation untersucht, wie Wurzeln mechanische Eigenschaften und Deformationsmuster des Bodens verändern, mit Fokus auf Textur- und Genotyp-Effekte. Die Untersuchungen erfolgten unter Feld- und Laborbedingungen mit denselben Substraten und Maisgenotypen (Zea mays L.), wobei räumliche und zeitliche Muster im Vordergrund standen. In einer mehrjährigen Feldstudie mit homogenisiertem Lehm und Sand, bepflanzt mit Genotypen unterschiedlicher Wurzelbehaarung, wurden Vorbelastungswerte und Kompressibilität gemessen. Die Textur erwies sich als dominanter Faktor, genotypische Effekte waren gering. Im Lehm zeigte sich eine fortschreitende Verdichtung mit steigender Bodenfestigkeit und sinkender Kompressibilität in den ersten drei Jahren, die sich anschließend durch jährlichen Maisanbau weitgehend stabilisierte. Im Sand traten keine ausgeprägten zeitlichen Trends auf. Eindringwiderstandsmessungen ergaben höhere Festigkeit nahe der Oberfläche, jedoch ohne konsistente zeitliche Muster. Laborversuche zeigten, dass Mucigel die Wasserspeicherung erhöht und Kompressibilität sowie Eindringwiderstand textur- und feuchteabhängig beeinflusst. Mithilfe von Röntgen-Computertomographie und digitaler Volumenkorrelation wurden wurzelinduzierte Deformationsfelder quantifiziert: In Sand waren die Muster ausgeprägter als in Lehm, während Genotyp und Wurzeltyp eine geringere Rolle spielten. Diese Arbeit bietet neue Perspektiven auf mechanische Prozesse in der Rhizosphäre, zeigt die Bedeutung der Textur für die zugrunde liegenden Mechanismen und verdeutlicht, wie Wurzelaktivität die Bodenumgebung physikalisch umgestaltet. Damit leistet sie einen Beitrag zum besseren Verständnis der Pflanzen-Boden-Interaktion und bietet methodische wie konzeptionelle Ansätze für ein nachhaltiges Boden- und Pflanzenmanagement.