Wenn Wurzeln knacken und Würmer knirschen
Wurzeln kann man beim Wachsen ?zuh?ren? - und Würmern beim Graben. Forschende der ETH Zürich und des franz?sischen ?Institut national de la recherche agronomique? pr?sentieren eine neue Methode zur Bodenanalyse.
Gesunder Boden lebt – dieser Grundsatz gilt für natürliche wie bewirtschaftete Erdb?den. Was unter der Erde geschieht, bleibt Forschenden aber immer noch zum grossen Teil verborgen. Dabei w?re mehr Wissen darüber wichtig, um Zusammenh?nge in diesem ?kosystem besser zu verstehen.
Messbare Ger?usche
Was man nicht sehen kann, kann man vielleicht h?ren – mit dieser Idee haben Forschende der ETH Zürich und des franz?sischen ?Institut national de la recherche agronomique? (INRA) verschiedene Erdb?den mit piezoelektrischen Sensoren auf akustische Emissionen untersucht.
Das Resultat: Wenn Wurzeln wachsen oder Erdwürmer Tunnel graben, verursachen sie Ger?usche. Diese lassen sich eindeutig auf das Wurzelwachstum und die Aktivit?t der Würmer zurückführen. Das belegt die Studie von Marine Lacoste vom INRA sowie Siul Ruiz und Dani Or vom Institut für Biogeochemie und Schadstoffdynamik der ETH Zürich.
Den Boden auszuhorchen ?ffne der Wissenschaft ein neues Fenster, sagt ETH-Professor Or: ?Wir k?nnen so zum Beispiel erfahren, wann Wurzeln wachsen. Wir wussten bisher nicht, ob es tagsüber, in der Nacht, bei feuchtem oder bei trockenem Boden geschieht. Mit der neuen Methode k?nnen wir das relativ einfach an Ort und Stelle aufzeichnen – ohne zu graben?. Die Forschenden haben erstmals gezeigt, dass sich biologische Aktivit?t im Erdboden mit akustischen Sensoren messen l?sst.
Um die Hypothese zu prüfen, haben sie visuelle Beobachtungen mit akustischen Messungen verglichen. Dazu verwendeten sie mit sandiger Erde gefüllte Glaszellen: In eine s?ten sie Mais und liessen ihn Wurzeln treiben. In der anderen haben sie einen Erdwurm in feink?rnigem Lehm Tunnel graben lassen. Piezoelektrische Sensoren registrierten akustische Emissionen: elastische Wellen mit einer Frequenz von 1 bis 100 Kilohertz. Solche Wellen entstehen beispielsweise, wenn sich kleine K?rner bewegen oder aneinander reiben – oder wenn in der Erde kleine Risse entstehen. Für das menschliche Ohr sind die Wellen nicht h?rbar.
Nach sieben (Erdwurm), respektive neunzehn Tagen (Wurzeln) haben die Forschenden das beobachtete Wurzelwachstum und die gegrabenen Tunnel mit den registrierten Ger?uschen korreliert – sie stimmten in hohem Masse überein. Kontrollmessungen aus Zellen nur mit Erde haben best?tigt, dass die Ger?usche von den Wurzeln und den Würmern stammen.
Wann wachsen Wurzeln und wieviele?
Dani Or hat in B?den bereits erfolgreich nach akustischen Vorboten für Erdrutsche gesucht. Dabei hat er gelernt, verschiedene akustische Emissionen voneinander zu unterscheiden und zu deuten. Er sagt: ?Die Ger?usche im Boden sind sehr leise. Aber sie weisen eine gewisse Signatur auf, so dass sie sich einer bestimmten Quelle zuweisen lassen. Würmer etwa bewegen sich viel schneller als Wurzeln, zugleich sind ihre akustischen Emissionen viel punktueller.?
Er erhofft sich, mit der neuen Methode sp?ter auch quantitative Aussagen machen zu k?nnen – etwa darüber, wie viele Wurzelspitzen gleichzeitig wachsen und wie schnell. Nicht zuletzt k?nnte die Methode Aufschluss über das Zusammenspiel von Erdwürmern und Wurzelwachstum und über die Bildung von Bodenstrukturen geben.
N?chster Schritt: Feldversuch
Mit der Studie haben die Forschenden gezeigt, dass sich biologische Aktivit?ten im Erdboden akustisch messen lassen. Sie taten dies jedoch unter Laborbedingungen. Als n?chstes brauche es nun Forschung dazu, in welchen Situationen die Methode tauge und wie sie sich im Feld bew?hrt. Ein erster Vorversuch war bereits erfolgreich: Die Forschenden liessen Pflanzen in einer Erds?ule wachsen – und konnten auch so das Wurzelwachstum akustisch messen. Für die Zukunft kann sich Or gut vorstellen, dass seine Methode auch beim Bauern auf dem Feld zum Einsatz kommt: Als Erg?nzung zu anderen Mitteln der Bodenanalyse.
Literaturhinweis
Lacoste M, Ruiz S, Or D: Listening to earthworms burrowing and roots growing - acoustic signatures of soil biological activity. Scientific Reports, Online, 6. Juli 2018, doi: externe Seite10.1038/s41598-018-28582-9