Wurzeln
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Abb. 1: Nur selten sind die Wurzeln von Waldbäumen, wie hier bei dieser Buche, gut sichtbar.
Foto: Marco Walser
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Abb. 2: Während dem Sturm Lothar im Dezember 1999 wurden viele Bäume niedergedrückt und deren mächtigen Wurzeln freigelegt.
Foto: Marco Walser
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Abb. 3: Lebende Feinwurzeln sind elastisch und turgeszent, und ihre Spitzen sind in der Regel durch Mykorrhizapilze besetzt.
Foto: Anika Richter
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Abb. 4: Tote Feinwurzeln sind brüchig und hohl, und ihre Verzweigungen und Spitzen sind oft abgebrochen.
Foto: Anika Richter
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Abb. 5: Lebende Feinwurzel einer Fichte. Die Wurzelspitzen sind mit den feinen Fäden eines Mykorrhizapilzes besetzt (sogenannte "Mykorrhiza").
Foto: Ivano Brunner
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Abb. 6: Mikroskopischer Längsschnitt einer lebenden Feinwurzel einer Kastanie.
Foto: Ivano Brunner
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In diesem Forschungsschwerpunkt werden die Baumwurzeln in Beziehung zu Bodeneigenschaften untersucht. Wurzeln nehmen Wasser und Nährstoffe auf, sie lagern Kohlenstoffverbindungen ein, und sie bieten physikalische Stabilität. Während die feinen Wurzeln für die Wasser- und Nährstoffaufnahme wichtig sind, sind sowohl die feinen als auch die groben Wurzeln für die Baumstabilität von Bedeutung. Unsere Forschung liefert wichtige Beiträge zur Biologie und Oekologie von Baumwurzeln, und die Resultate unterstützen sowohl die Forschung als auch die Umsetzung und die Lehre. Unser Ziel ist die Unterstützung der Nachhaltigkeit von Waldöksystemen.
Wurzeln - die im Boden verborgenen Teile der Pflanzen
Wurzeln nehmen vom Boden Wasser und Nährstoffe auf, sie lagern Kohlenstoffverbindungen, und sie bieten physikalische Stabilität. Während die feinen Wurzeln (Wurzeln mit einem Durchmesser unter 2 mm) für die Wasser- und Nährstoffaufnahme wichtig sind, sind sowohl die feinen als auch die groben Wurzeln (Wurzeln mit einem Durchmesser über 2 mm) für die Baumstabilität von Bedeutung. Da die feinen Wurzeln nach einer bestimmten Zeit absterben, wachsen ständig neue Wurzeln nach und besiedeln die frei gewordenen Areale. Dieser sogenannte "Wurzelumsatz" liefert so dem Waldboden kontinuierlich neue Biomasse zu. Die Wurzeln sind folglich sowohl für den Fluss und die Speicherung von Kohlenstoffen als auch für das unterirdische Recycling von Nährstoffen wie Stickstoff, Phosphor, Magnesium und Kalzium entscheidend. Schätzungen von Wäldern Zentraleuropas haben ergeben, dass der Waldboden ca. 52 t/ha grobe und ca. 2.5 t/ha feine Baumwurzeln beherbergt. Dies entspricht rund einem Drittel der gesamten Biomasse eines Waldbestandes.
Da die Baumwurzeln mit dem sie umgebenden Boden in engstem Kontakt stehen, widerspiegeln sie zu einem gewissen Mass dessen chemischen und physikalischen Eigenschaften und Zustände. Wurzeln sind ebenfalls fähig, auf Veränderungen im Boden mit morphologischen, physiologischen, biochemischen und molekularen Anpassungen zu reagieren. Die Baumwurzeln werden deshalb auch als Bioindikatoren verwendet.
Forschungsziele
- Entwicklung von geeigneten und zuverlässigen Methoden um die Baumwurzeln zu identifizieren und zu charakterisieren.
- Untersuchung von morphologischen, physiologischen, biochemischen und molekularen Wurzelparametern als Reaktion auf verschlechterte Bodenbedingungen wie z.B. Versauerung, Eutrophierung, erhöhte Schwermetallgehalte, Trockenheit, erhöhterTemperaturen, oder Verdichtung.
- Abschätzung des Beitrages der Baumwurzeln zum Kohlenstoff-Fluss und zur Kohlenstoff-Speicherung im Waldboden, sowie Entwicklung und Anwendung von Methoden, um Wurzelproduktion, -mortalität, -umsatz und -abbau genauer zu erfassen.
- Verbesserung der Methoden zur Ermittlung physiologischer, biochemischer und molekularer Parameter von Wurzeln bei geringen Mengen.
- Erfassung der Verteilung von Baumwurzeln in Waldböden, sowie Abschätzung des Einflusses auf die Bodenfunktionen, z.B. Bodenstabilität und Wasserabflusseigenschaften, sowie Verbesserung ihrer Leistungen für die Nachaltigkeit von Waldökosystemen.
Aktuelle Projekte
Bodenversauerung
Bodenversauerung und Baumwurzelvitalität
Microarray-directed development of biomarkers indicating aluminium stress in trees
Aluminium and heavy metal induced organic acid exudation of forest tree roots
Physiological reactions of chestnut tree roots to acidic soils
Schwermetalle
Critical limits and effect based approaches for heavy metals
Wurzel-Kohlenstoff
Fluxes, pools, and turnover of C within the fine root systems of individual trees at a natural forest stand
Influence of above-ground stress on the metabolism of non-structural carbohydrates in poplar roots
Decomposition of litter and fine roots, microbial biomass and activity on LWF-plots
Wurzelverteilung
Wurzelverteilung und Wasserhaushaltseigenschaften im Boden
Bodenverdichtung
Soil regeneration after compaction with the help of roots
Internationale Kooperationen
COST Aktion FP0803 "Belowground carbon turnover in European forests"
IUFRO Arbeitsgruppe 2.01.13 – Root physiology and symbiosis
Spezial-Bände
Plant Biosystems 141 (3), 390-511 (2007): "Recent Advances in Woody Root Research"
Journal of Forest Research 12 (2), 75-160 (2007): "Development and Function of Roots of Forest Trees in Japan"
Aktuelle Publikationen unserer Forschungseinheit
- Brunner I, Godbold DL. 2007. Tree roots in a changing world. Journal of Forest Research 12, 78-82.
- Richter AK, Hajdas I, Frossard E,
Brunner I. 2013. Soil acidity affects fine root turnover of European beech. Plant Biosystems.
DOI:10.1080/11263504.2012.742471.
- Brunner I, Bakker MR, Björk RG, Hirano
Y, Lukac M, Aranda X, Børja I, Eldhuset TD, Helmisaari HS, Jourdan C, Konôpka
B, López BC, Miguel Pérez C, Persson H, Ostonen. I. 2013. Fine-root turnover of
European forest trees revisited: an analysis of data from sequential coring and
ingrowth cores. Plant and Soil. DOI:10.1007/s11104-012-1313-5.
- Endrulat T,
Saurer M, Buchmann N, Brunner I.
2010. Incorporation and remobilization of 13C within the fine-root
systems of individual Abies alba
trees in a temperate coniferous stand. Tree Physiology 30, 1515-1527.
- Hirano Y, Frey B, Brunner I. 2012. Contrasting reactions of roots of
two coniferous tree species to aluminum stress. Environmental and Experimental
Botany 77, 2-18.
- Brunner I, Ruf M, Lüscher P, Sperisen C. 2004. Molecular markers reveal extensive intraspecific below-ground overlap of silver fir fine roots. Molecular Ecology 13, 3595-3600.
- Brunner I, Graf Pannatier E, Frey B, Rigling A, Landolt
W, Zimmermann S, Dobbertin M. 2009. Morphological and physiological
responses of Scots pine fine roots to water supply in a climatic dry
region in Switzerland. Tree Physiology 29, 541–550.
- Grisel N, Zoller S, Künzli-Gontarczyk M, Lampart T, Münsterkotter M, Brunner I, Bovet L, Metraux J-P,
Sperisen C. 2010. Transcriptomic
response to aluminum stress in roots of aspen (Populus tremula). BMC Plant Biology 10:185, 1-15.
Mitarbeitende
Ivano Brunner
Beat Frey
Christoph Sperisen
Peter Lüscher
Beat Stierli
Claude Herzog
Kontakt
