Biophysical rhizosphere processes affecting root water uptake

Resumo

Contexto: Avanços recentes em técnicas de imagem agora tornam possível visualizar o ambiente biogeoquímico e físico ao redor das raízes, a rizosfera. Imagens detalhadas da geometria dos espaços porosos e da dinâmica do teor de água ao redor das raízes demonstraram a heterogeneidade da rizosfera em comparação com o solo distante das raízes. Essas descobertas inspiraram novos modelos de absorção de água pelas raízes que visam descrever essa heterogeneidade em pequena escala. No entanto, a questão permanece: até que ponto essas descobertas baseadas em imagens realmente avançaram nossa compreensão de como as raízes extraem água dos solos.

Escopo: Os processos da rizosfera que afetam a absorção de água pelas raízes são revisados. Atenção especial é dedicada ao papel da mucilagem excretada pelas raízes. A mucilagem aumenta a umidade do solo em potenciais hídricos negativos e mantém a rizosfera úmida quando as plantas absorvem água, possivelmente mantendo a conexão hidráulica entre raízes e solo. No entanto, a mucilagem se torna viscosa e hidrofóbica após secagem severa e limita os fluxos de água através da rizosfera durante a fase de reumidificação. O papel da mucilagem na manutenção do contato hidráulico entre a superfície da raiz e o solo circundante, amortecendo assim as quedas no potencial hídrico ao redor das raízes em solos secos, permanece a ser demonstrado.

Conclusão: Apesar das imagens detalhadas do teor de água, fluxos de água e estrutura do solo na rizosfera, ainda falta uma compreensão geral de como a rizosfera afeta a absorção de água pelas raízes. Os elementos que faltam no quebra-cabeça são o gradiente no potencial hídrico ao redor das raízes. Medições do potencial hídrico do xilema em diferentes potenciais hídricos do solo e taxas de transpiração, apoiadas por modelos numéricos de absorção de água pelas raízes, permitiriam a estimativa do potencial hídrico através da rizosfera. Tais medições são cruciais para compreender como a água entra nas raízes.

Abstract

Background: Recent advances in imaging techniques now make it possible to visualize the biogeochemical and physical environment around the roots, the rhizosphere. Detailed images of pore space geometry and water content dynamics around roots have demonstrated the heterogeneity of the rhizosphere compared with the soil far from the roots. These findings have inspired new models of root water uptake which aim to describe such small-scale heterogeneity. However, the question remains of how far these image-based findings have really advanced our understanding of how roots extract water from soils.

Scope: The rhizosphere processes affecting root water uptake are reviewed. Special attention is dedicated to the role of mucilage exuded by roots. Mucilage increases the soil moisture at negative water potentials and it keeps the rhizosphere wet when plants take up water, possibly maintaining the hydraulic connection between roots and soil. However, mucilage becomes viscous and hydrophobic upon severe drying and it limits the water fluxes across the rhizosphere during the rewetting phase. The role of mucilage in maintaining the hydraulic contact between the root surface and the surrounding soil, thereby softening the drops in water potential around the roots in dry soils, remains to be demonstrated.

Conclusion: Despite detailed images of water content, water fluxes and soil structure in the rhizosphere, a general understanding of how the rhizosphere affects root water uptake is still lacking. The missing elements of the puzzle are the gradient in water potential around roots. Measurements of the xylem water potential at varying soil water potentials and transpiration rates supported by numerical models of root water uptake would allow the estimation of the water potential across the rhizosphere. Such measurements are crucial to comprehend how water enters the roots.