sensitivity analysis for assessing the relevance of fine-root turnover for P and K uptake

Plant fine roots are subject to continual turnover, i.e., old roots die during the plant life cycle and are quickly replaced by new roots. New roots grow partly into undepleted soil areas and can take up nutrients at a higher rate than old roots. This is one possible advantage of root turnover. It has been shown that root turnover of several plant species increases when P and/or K supply is limited, indicating an efficiency mechanism. The objective of this study was to assess the maximum benefit for nutrient uptake by root turnover and to determine which soil or plant properties influence this process. Based on a data set of field‐grown faba beans, a sensitivity analysis with a transport and uptake model was performed, i.e., several input parameters were systematically varied to assess their importance for nutrient uptake of a root system with and without fine‐root turnover. The calculations were based on the assumptions that all new roots grow into undepleted soil areas and that no inter‐root competition occurs. Model calculations indicated that a root system with a high but realistic turnover rate can take up twice the amount of P or K compared to a stable root system without any turnover. This benefit on uptake is higher at low concentrations of these nutrients in soil solution, low soil water content, or high maximum inflow. However, measured uptake under poor conditions of nutrient supply is often higher than calculated uptake, even when root turnover is taken into account. This indicates that root turnover might be an efficiency mechanism, but not the only one. Eine Sensitivitätsanalyse zur Bedeutung des Feinwurzelumsatzes für die P‐ und K‐Aufnahme Das Feinwurzelsystem von Pflanzen unterliegt einem ständigen Umsatz, d. h., schon während der Pflanzenentwicklung sterben Wurzeln ab und werden durch neue ersetzt. Diese neuen Wurzeln wachsen teilweise in unverarmte Bodenbereiche und können deswegen Nährstoffe mit einer höheren Rate aufnehmen. Dies ist ein möglicher Vorteil des Wurzelumsatzes. Es konnte gezeigt werden, dass der Wurzelumsatz bei einigen Pflanzenarten unter P‐ und/oder K‐Mangel ansteigt. Dies deutet auf einen Effizienzmechanismus hin. Ziel dieser Arbeit war es, die Bedeutung des Wurzelumsatzes als Effizienzmechanismus sowie Einflussgrößen auf diesen Prozess zu quantifizieren. Ausgehend von Daten, die aus einem Dauerversuch mit Ackerbohne stammten, wurde mit einem Transport‐ und Aufnahmemodell eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt. Hierbei w