Визуализация корней в почве с помощью электроимпедансной томографии
Геофизики из Боннского университета впервые визуализировали процессы поглощения воды и питательных веществ корнями растений с помощью метода электроимпедансной томографии. Результаты опубликованы в журнале Biogeosciences.
Принцип метода
Метод основан на том, что минеральные вещества в почве присутствуют в виде электрически заряженных ионов, которые влияют на электрические свойства корней.
- В отличие от медицинского применения, исследователи измеряют не только электропроводность, но и поляризуемость.
- Поляризуемость — способность выравнивать локальные заряды под действием электрического поля — изменяется при поглощении ионов корнями.
Экспериментальная установка
Исследование проводилось на живых сельскохозяйственных культурах:
- Корневая система помещалась в прозрачный ризотрон, заполненный питательным раствором.
- К ризотрону прикладывалось переменное электрическое поле.
- Многочисленные датчики регистрировали поляризационные сигналы, которые преобразовывались в томографические изображения с помощью специальных алгоритмов.
Результаты и возможности метода
- Томография, выполненная на разных частотах, даёт частотно-зависимые томограммы, визуализируемые на экране в виде цветных облаков.
- Хотя отдельные тонкие корни неразличимы, разрешения достаточно для выводов о динамике поглощения питательных веществ всей корневой системой.
- Активность растения (днём vs ночью, при стрессе или достатке) приводит к заметным изменениям в сигналах поляризуемости, которые можно наблюдать.
Перспективы
Исследование доказало принципиальную осуществимость метода. Дальнейшие шаги:
- Теоретическое моделирование электрических процессов поляризации в таких измерениях.
- Тестирование системы в полевых условиях, где сейчас нет подходящих неразрушающих методов для регистрации активности корней.
- Совместно с Исследовательским центром Юлиха начат эксперимент с озимой пшеницей в рамках Трансрегионального совместного исследовательского центра.
Как отмечает профессор Андреас Кемна, метод может помочь в фундаментальном понимании взаимодействия корней и почвы, оптимизации поглощения питательных веществ, реакции на риски засухи и, возможно, увеличении урожайности.