Agronomie 23 (2003) 419-431
DOI: 10.1051/agro:2003027

Soil exploration and resource acquisition by plant roots: an architectural and modelling point of view

Claude Doussan^a, Loïc Pagès^b and Alain Pierret<sup>c

a</sup>  INRA - Unité Climat, Sol et Environnement, Domaine Saint-Paul, Site Agroparc, 84914 Avignon Cedex 9, France
^b  INRA - Unité Production et Systèmes Horticoles, Domaine Saint-Paul, Site Agroparc, 84914 Avignon Cedex 9, France
^c  CSIRO - Land & Water, GPO Bbox 1666, Canberra ACT, Australia

(Received 9 July 2002; accepted 7 May 2003)

Abstract
We provide a brief overview on soil exploration and resource extraction by roots during the course of plant development. First, we examine how roots explore the soil volume in relation with the heterogeneity of soil conditions. We then consider resource acquisition by roots and root systems, taking into account the root system's heterogeneous functioning and its variable degree of plasticity. In extensive, complex and dynamic systems such as root systems, processes of soil exploration and resource acquisition can be analysed through the unifying point of view of root system architecture. We exemplify how a modelling approach based on the concepts of functional architecture has potential to provide sharper insight into the soil exploration/utilization processes.

Résumé
Exploration du sol et acquisition des ressources hydro-minérales par les systèmes racinaires des végétaux : un point de vue architectural et de modélisation. Nous présentons une courte revue décrivant les grandes étapes de colonisation et d'exploitation du sol durant le développement de la plante. Nous montrons tout d'abord comment les racines explorent le sol en interagissant avec l'hétérogénéité des conditions de sol (du point de vue des nutriments ou des contraintes à la croissance). De cette vision essentiellement géométrique (exploration), nous passerons à l'exploitation des ressources par les racines en considérant l'hétérogénéité de fonctionnement du système racinaire ainsi que son plus ou moins fort degré de plasticité. Ces processus d'exploration et d'exploitation du sol seront présentés sous l'angle unificateur de la prise en compte de l'architecture racinaire. Dans des systèmes complexes et très dynamiques, comme un système racinaire, nous montrerons, avec des exemples récents, comment la modélisation, fondée sur une architecture fonctionnelle, permet d'aller plus loin dans la compréhension des processus d'exploration/exploitation du sol par les plantes.

Key words: root system / model / architecture / review / soil exploration

Mots clés : système racinaire / modélisation / architecture / revue / exploration du sol

Correspondence and reprints: Claude Doussan email: doussan@avignon.inra.fr

Communicated by Philippe Hinsinger (Montpellier, France)

© INRA, EDP Sciences 2003