Image analysis for non-destructive and non-invasive quantification of root growth and soil water content in rhizotrons

2002

S. 573-581

18 Lit. Ang.

Unselbständiges Werk

200094238

Untersuchungen, die der Quantifizierung des Wurzelwachstums im Boden dienen, werden oft durch das Fehlen geeigneter Methoden zur kontinuierlichen und zerstörungsfreien Messung eingeschränkt. Daher wird ein System vorgestellt, in dem Mais (Zea mays L.) in Gefäßen - Rhizotronen - aus Acrylglas in einer 6 mm dicken Bodenschicht wächst. Diese Rhizotrone ermöglichen die homogene Einbringung des Bodens und die Beobachtung des Wurzelwachstums. Die bepflanzten Kuvetten werden in einer Klimakammer auf Gestellen platziert, die durch ihre Neigung von 45° bewirken, dass vermehrt Wurzeln an der transparenten Akryl-Oberfläche entlang wachsen. Im Abstand von 2-3 Tagen werden die Rhizotrone auf einen Flachbett-Scanner gelegt und digitale Bilder erzeugt. An diesen wurden mit RMS-Software Wurzellängen und -durchmesser quantifiziert. Weiterhin wurde die Bodenfarbe mittels des Programms QUACOS analysiert; die resultierenden Farbwerte wurden anhand einer separat bestimmten Beziehung zwischen Bodenwassergehalt und Bodenfarbe in Bodenwassergehalte umgerechnet. Um zu bestätigen, dass die sichtbaren Wurzeln repräsentativ für die Wurzeln im Bodenvolumen sind, wurden sie mit Wurzellängen verglichen, die nach destruktiver Ernte und auswaschen bestimmt wurden. Es ergab sich eine signifikante positive Beziehung zwischen sichtbarer und gesamter Wurzellänge. Allerdings spiegelte die sichtbare Wurzellänge verlässlich nur den Einfluss von Bodenwassergehalt und Bodendichte auf samenbürtige (dicke) Wurzeln wider, nicht auf Seitenwurzeln erster Ordnung, die über 80 % der Gesamtwurzellänge ausmachen. Veränderungen des Bodenwassergehaltes während des Pflanzenwachstums konnten im Bereich von 0.04 to 0.26 cmß cm®ß quantifiziert werden, wenn Flächen von 500 x 500 Pixel analysiert und gemittelt wurden. Mit einer Auflösung von of 12 x 12 Pixel konnte der Bodenwassergehalt aufgrund der räumlichen Variabilität der Farbwerte nur unterhalb von 0.09 cmß cm®ß bestimmt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass dieses Rhizotron-System mit einer dünnen Bodenschicht es erlaubt, die Entwicklung der Wurzel junger Maispflanzen und den Bodenwassergehalt in kurzen Zeitabständen zu bestimmen, ohne Veränderungen an Boden oder Pflanzen vorzunehmen.