Effects of soil bulk density on seminal and lateral roots of young maize plants (Zea mays L.)

• Published in: Journal of plant nutrition and soil science Vol. 167; no. 2; pp. 229 - 235
• Main Authors: Kuchenbuch, Rolf O., Ingram, Keith T.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Weinheim WILEY-VCH Verlag 01.04.2004; WILEY‐VCH Verlag; Wiley
• Subjects: Agronomy. Soil science and plant productions; Biological and medical sciences; Fundamental and applied biological sciences. Psychology; image analysis; lateral roots; rhizotron; root diameter; root length; seminal roots; soil compaction; Root; Lateral; Compaction; Rhizotron; Soils; Image analysis; Length; lateral roots; soil compaction; Soil plant relation; root diameter; root length; seminal roots
• ISSN: 1436-8730; 1522-2624
• DOI: 10.1002/jpln.200320352

It is well established that increasing soil bulk density (SBD) above some threshold value reduces plant root growth and thus may reduce water and nutrient acquisition. However, formation and elongation of maize seminal roots and first order lateral (FOL) roots in various soil layers under the influence of SBD has not been documented. Two studies were conducted on a loamy sand soil at SBD ranging from 1.25 g cm–3 to 1.66 g cm–3. Rhizotrons with a soil layer 7 mm thick were used and pre‐germinated plants were grown for 15 days. Over the range of SBD tested, the shoot growth was not influenced whereas total root length was reduced by 30 % with increasing SBD. Absolute growth rate of seminal roots was highest in the top soil layer and decreased with increasing distance from the surface. Increasing SBD amplified this effect by 20 % and 50 % for the top soil layer and lower soil layers, respectively. At the end of the experiment, total seminal roots attributed to approximately 15 % of the total plant root length. Increasing SBD reduced seminal root growth in the lowest soil layer only, whereas FOL root length decreased with SBD in all but the uppermost soil layer. For FOL, there was a positive interaction of SBD with distance from the soil surface. Both, increasing SBD and soil depth reduced root length by a reduction of number of FOL roots formed while the length of individual FOL roots was not influenced. Hence, increasing SBD may reduce spatial access to nutrients and water by (i) reducing seminal root development in deeper soil layers, aggravated by (ii) the reduction of the number of FOL roots that originate from these seminal roots. Einfluss der Bodendichte auf Seminal‐ und Lateralwurzeln von jungen Maispflanzen (Zea mays L.) Es ist bekannt, dass zunehmende Bodendichte (SBD) oberhalb eines Grenzwertes das Wurzelwachstum von Pflanzen und die Wasser‐ und Nährstoffaufnahme reduziert. Bildung und Wachstum der Seminal‐ und der Lateralwurzeln erster Ordnung (FOL) von Mais in Bodenschichten verschiedenen Abstands von der Bodenoberfläche unter dem Einfluss verschiedener Bodendichten wurde bisher nicht beschrieben. Zwei unabhängige Versuche wurden mit einem lehmigen Sandboden durchgeführt. Vorgekeimte Maiskörner wurden in Rhizotrone mit einer etwa 7 mm dicken Bodenschicht eingesetzt, die Bodendichten lagen im Mittel der Rhizotrone zwischen 1,25 g cm–3 und 1,66 g cm–3. Die Versuchsdauer betrug 15 Tage. Über den Bereich der geprüften SBD wurde das Sprosswachstum nicht beeinflusst, während die Gesamtwurzellänge mit zunehmender SBD um bis zu 30 % abnahm. Die absolute Wachstumsrate der Seminalwurzeln war in der obersten Bodenschicht am höchsten und nahm mit zunehmendem Abstand von der Bodenoberfläche ab. Seminalwurzeln trugen zu ca. 15 % zur Gesamtwurzellänge bei. Zunehmende SBD reduzierte das Wachstum der Seminalwurzeln nur in der untersten Bodenschicht. Demgegenüber wurden die Längen der FOL in allen außer der obersten Schicht bei zunehmender SBD verringert. Bei den FOL wurde eine positive Interaktion zwischen SBD und Abstand von der Bodenoberfläche festgestellt. Sowohl zunehmende SBD als auch zunehmende Tiefe reduzierte die Wurzellänge durch eine Verringerung der Anzahl an FOL, während deren Länge nicht beeinflusst wurde. Folglich kann zunehmende SBD die räumliche Zugänglichkeit zu Wasser und Nährstoffen für die Pflanzen dadurch beeinflussen, dass (i) die Entwicklung von Seminalwurzeln in tieferen Bodenschichten reduziert wird und dass dieser Effekt verstärkt wird durch (ii) die verringerte Bildung von FOL an Seminalwurzeln.