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Abstract

A number of findings are summarized in order to show the significance of individual plant properties and soil factors on the availability of phosphate and potassium to plants growing in soil.

The flux of a nutrient into a given plant root depends directly on the concentration of the nutrient in the adjacent solution. In nutrient solution, P and K influx follows Michaelis-Menten kinetics. Almost maximum rates of influx have been observed in the range of soil solution concentrations usually found in German arable soils. Roots exhaust P and K from solutions to about 0.2 μmol P and 1 μmol K 1−1 if not replenished.

At the root surface P and K concentrations in soil decrease rapidly within one day; small changes occur after this period. Initially, the extent of the depletion zone is very small but it extends radially with time. After the initial phase therefore, P and K supply to the plant depends on transport from more remote parts of the soil and also on release from undissolved sources.

The degree of depletion and the extent of the depletion zone are related to the diffusion coefficient; they decrease with increasing clay content of soil. Root hairs penetrate the soil and extend the volume of soil supplying nutrients to a unit of root. P and K influx therefore increase with the length of root hairs.

Proton release of roots mobilize P and K in soil. This is clearly detected by the HCl-soluble P and K fractions within 2 mm of the root surface.

The activity of acid and alkaline phosphatases strongly increase in the soil in the vicinity of the root surface of several plant species. It is supposed that organic P compounds can therefore be utilized by plants.

P and K influx per unit of root length and root length per unit of shoot weight differed widely between species. The product of these two parameters however was closely related to the P and K concentration of the shoots.

Calculations from a mathematical model were in good agreement with measured K depletion profiles and K uptake by plants. It is therefore concluded that the main factors influencing the P and K availability of plants growing in soil have been accounted for in the mathematical model and that the parameters have been accurately measured.

Pflanzenverfügbarkeit von Phosphat und Kalium als Ergebnis von Wechselwirkungen zwischen Wurzeln und Boden in der Rhizosphäre Es werden eine Reihe von Ergebnissen herangezogen, um die Bedeutung einzelner Pflanzeneigenschaften und Bodenfaktoren für die Pflanzenverfügbarkeit von Phosphat und Kalium darzustellen.

Der Flux eines Nährstoffs in die Wurzel hängt von der Konzentration der umgebenden Lösung ab. In Nährlösungen folgt die p-und K-Aufnahme der Michaelis-Menten-Kinetik. Die P- und K-Konzentration der Bodenlösung deutscher Ackerböden führt häufig zu annähernd maximalen Aufnahmeraten. Die Wurzeln erschöpfen die Lösungen auf etwa 0,2 μmol P und 1 μmol K1-1, wenn sie nicht ergänzt werden.

In der Wurzelumgebung wird der Boden ebenfalls weitgehend entleert. Die räumliche Ausdehnung der Verarmungszone beträgt jedoch nur wenige mm. Innerhalb eines Tages sinkt die Konzentration rasch ab; danach ändert sie sich nur noch wenig, die Verarmungszone dehnt sich jedoch in radialer Richtung aus. Die Versorgung der Wurzeln hängt demnach vom Transport aus entfernteren teilen des Bodens sowie von der Freisetzung aus ungelösten Vorräten ab. Der Grad der Verarmung und die Ausdehnung der Verarmungszone nimmt mit dem Tongehalt des Bodens ab.

Wurzelhaare durchdringen den wurzelnahen Boden und vergrößern den Einzugsbereich der Einzelwurzeln. Der P- und K-Influx verschiedener Pflanzenarten steigt daher pro Einheit Wurzel mit der Länge der Wurzelhaare an.

Protonen-Abgabe der Wurzeln führte zur Mobilisierung der P- und K-Vorräte. Dies ist an der Änderung der HCL-löslichen Fraktion des Bodens bis zu 2 mm Entfernung von der Wurzel deutlich nachzuweisen.

Die Aktivität der sauren und alkalischen Phosphatase weist im wurzelnahen Boden verschiedener Pflanzenarten eine starke Erhöhung auf. Es wird angenommen, daß die Pflanzen dadurch auch organische P-Verbindungen ausnutzen können.

Pflanzenarten unterscheiden sich erheblich im P- und K-Influx je Einheit Wurzellänge und in der Wurzellänge je Gewichtseinheit Sproß. Das Produkt dieser beiden Eigenschaften korreliert jedoch sehr eng mit dem P- und K-Gehalt des Sprosses; ihr Anteil an der P- und K-Versorgung ist demnach sehr unterschiedlich.

Modellrechnungen haben gezeigt, daß sowohl die K-Verarmungsprofile im wurzelnahen Boden als auch die von den Pflanzen aufgenommenen Kaliummengen mit den durch Messung erhaltenen Werten gut übereinstimmen. Demnach sind von den Faktoren, die die Pflanzenverfügbarkeit von P und K bestimmen, die wichtigeren berücksichtigt und ihre Parameter zutreffend gemessen worden.