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Keywords:

  • micro–suction cups;
  • rhizosphere;
  • rhizobox;
  • soil solution;
  • trace metals;
  • organic acids;
  • Thlaspi goesingense

Abstract

Micro–suction cups made of nylon membranes and polyacrylic tubes with planar geometry of the membrane were designed for repeated sampling of rhizosphere solution at defined distances from a root monolayer. Adsorption tests revealed that the materials used (nylon membrane, polyacrylic tube) have little influence on the concentration of heavy metals in the sample solution, whereas some organic acids are partly retained by the suction cup. A sampling protocol was developed for collecting extremely small solution volumes (i.e., droplets of 28.3±2.46 μl) for subsequent measurements of trace elements using ICP-SFMS. A homogeneity test showed that soil-solution concentrations of Ca, K, Mg, and Ni could be reproduced independent of the suction-cup position in a rhizobox experiment without plants. In a similar experiment, the rhizobox was planted with the Ni hyperaccumulator Thlaspi goesingense. Compared to more distant soil layers, an increase of Ni and a concurrent decrease of Ca, K, and Mg at 1 mm distance from the root plane was found. These changes can be related to plant uptake and mobilization processes. Our results show that the novel micro–suction cups are a valuable tool for elucidating rhizosphere processes.

Neuartige Mikro-Saugkerzen zur Gewinnung von Bodenlösung in definiertem Abstand zur Wurzel

Neuartige Mikro-Saugkerzen, bestehend aus einem Polyacryl-Röhrchen sowie einer Nylon-Membran, wurden zur Gewinnung von Rhizosphären-Bodenlösung entwickelt. Durch die im Vergleich zu früheren Systemen verbesserte Geometrie und die genaue Positionierung zur Wurzelebene ist es möglich, Gradienten mit hoher räumlicher Auflösung zu bestimmen. Die gewählten Materialien haben nur geringen Einfluss auf die Konzentration von Schwermetallen und Spurenelementen in der gewonnenen Bodenlösung, während organische Säuren teilweise stark adsorbiert werden. Für die Gewinnung sehr kleiner Volumina (28.3±2.46 μl) wurde ein Protokoll zur Probenvorbereitung, -gewinnung und -messung entwickelt, um die Analyse der Metalle und Spurenelemente mit ICP-SFMS zu gewährleisten. Die Mikro-Saugkerzen können in einer Rhizobox eingesetzt werden. Mittels eines Homogenitätstests an einer Rhizobox ohne Pflanzen wurde abgesichert, dass der Abstand zur Membran, welche Rhizosphärenboden und Wurzeln trennt, keinen Einfluss auf die Konzentration von Ca, K, Mg und Ni in der Bodenlösung hat. In einem ähnlichen Experiment wurde die Rhizobox mit dem Ni-Hyperakkumulator Thlaspi goesingense bepflanzt. Im Vergleich zu den weiter entfernten Bodenschichten wurde im Abstand von 1 mm zur Wurzelebene eine Verringerung der Ni-Konzentration und eine Anreicherung von Ca, K und Mg festgestellt. Diese Änderungen können mit Aufnahme- und Mobilisierungsprozessen erklärt werden. Das neu entwickelte Mikro-Saugkerzen-System erscheint daher für die Untersuchung von Rhizosphären-Prozessen gut geeignet.