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Gerste, Ackerbohne, Kartoffel, Kohl, aber selbst der sonnenhungrige Mais passt seine Photosynthese an die Verschattung durch Agri-PV-Anlagen an. Das ist das Ergebnis einer Studie der Wissenschaftler des Fachgebiets Pflanzenökologie der Universität Hohenheim. Sie haben in Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrum Jülich in einer Feldstudie herausgefunden, dass typische Sonnenkulturen anpassungsfähiger sind als bislang angenommen. Der Lichtbedarf der Pflanzen sinkt unter der typischen Teilbeschattung deutlich. Damit können die Pflanzen bei geringerer Lichtverfügbarkeit CO2 besser zur Photosynthese nutzen.
Landwirtschaft klimaresilient machen
Für die Forscherinnen und Forscher ist diese Anpassungsfähigkeit, die schon in konventionellen Sorten vorhanden ist, ein vielversprechender Ausgangspunkt für die gezielte Auswahl und Züchtung von Agri-PV- und Agroforst-Nutzpflanzen. Agroforst- und Agri-PV-Systeme wiederum gelten als vielversprechende Strategien, um Landwirtschaft klimaresilienter zu machen und Flächen effizienter zu nutzen. Der Unterschied: Bei den Agroforst-Systemen werfen Bäume Schatten auf die Ackerflächen. Bei der Agri-PV beschatten Solarmodule die Feldfrüchte.
Mit sonniger Referenzfläche verglichen
Um herauszufinden, wie sich die Ackerpflanzen an die veränderten Lichtbedingungen anpassen, hat das Forschungsteam in den Jahren 2023 und 2024 an fünf Standorten in Deutschland die Photosyntheseleistung von fünf wichtigen Sorten untersucht, die von Landwirten in Deutschland häufig angebaut werden: Gerste (Hordeum vulgare), Mais (Zea mays), Kohl (Brassica oleracea), Kartoffeln (Solanum tuberosum) und Ackerbohnen (Vicia faba). Sie haben die Leistung der Pflanzen mit gleichen Anpflanzungen auf voll besonnten Referenzflächen jeweils am gleichen Standort verglichen. Mithilfe eines mobilen Photosynthesemesssystems erfassten die Forscherinnen und Forscher unter realen Feldbedingungen zentrale physiologische Kennwerte direkt an den Blättern.
Weniger Licht reicht aus
Dabei kam heraus, dass unter den Beschattungsbedingungen bei allen untersuchten Kulturen sowohl die Dunkelatmung als auch der Lichtkompensationspunkt sanken. „Vereinfacht ausgedrückt heißt das, dass die Pflanzen weniger CO₂ durch Atmung verloren und gleichzeitig weniger Licht benötigten, um Kohlenstoff zu fixieren, den sie benötigen, um zu wachsen und Früchte zu bilden“, erklärt Studienleiterin Jennifer Moore. „Das zeigt eine klare physiologische Anpassung an Teilbeschattung.“
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Das galt selbst für den Mais. Für Andreas Schweiger, Professor an der Uni Hohenheim und Leiter des dortigen Fachgebiets Pflanzenökologie, ist das besonders bemerkenswert, dass dieser Effekt bei allen untersuchten Kulturen auftrat, obwohl diese typischerweise nicht unter Beschattung wachsen. „Sie verfügen also über eine deutlich größere Anpassungsfähigkeit, als wir bisher angenommen haben“, bringt er es auf den Punkt. Diese Anpassungen träten unabhängig von Standort, Boden, Bewirtschaftungsform und Schattensituation auf. „Ackerpflanzen stoßen unter moderater Beschattung also nicht zwangsläufig an ihre Grenzen, sondern können ihre Stoffwechselaktivität anpassen“, fasst Jennifer Moore zusammen.
Mais war empflindlicher
Allerdings reagierten die Pflanzen auch unterschiedlich. So haben die meisten C3-Kulturen gut auf die Teilbeschattung reagiert. Der Mais als C4-Pflanze erwies sich – nicht ganz unerwartet – tendenziell als empfindlicher gegenüber reduzierter Lichtverfügbarkeit. „Der C4-Stoffwechsel ist eine Anpassung an heiße und trockene Bedingungen. Bei schwächerem Licht können C4-Pflanzen ihre Photosynthesekapazität nicht ausreizen“, erklärt Jennifer Moore den Zusammenhang.
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Pflanzen wachsen stabiler unter Modulen
Besonders relevant sind diese Erkenntnisse, weil die untersuchten Schattenbedingungen nicht künstlich erzeugt wurden. Vielmehr wuchsen die Pflanzen unter realen Agroforst- und Agri-PV‑Systemen. Dennoch zeigten sich Unterschiede zwischen den beiden Anbausystemen. So blieb die Photosyntheseleistung unter Photovoltaikmodulen meist vergleichsweise stabil. Wenn die Pflanzen aber im Schatten von Bäumen wuchsen, schwankten die Werte stärker. Jennifer Moore vermutet, dass dies daran liegt, dass die Baumkronen ein unregelmäßigeres Schattenmuster erzeugen. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass Schatten nicht gleich Schatten ist“, erklärt die Studienautorin. „Kulturpflanzen können sich an eine moderate Teilbeschattung gut anpassen. Bereiche mit dauerhaft starker Beschattung sollten jedoch möglichst vermieden werden“, rät sie.
Die richtigen Pflanzen finden
Solche Studien sind wichtig. Denn physiologische Kennwerte wie Dunkelatmung oder Lichtkompensationspunkt könnten künftig genutzt werden, um schattentolerantere Sorten zu identifizieren und für Anbausysteme mit teilweiser Beschattung auszuwählen. „Unsere Ergebnisse helfen dabei, Agroforst- und Agri-Photovoltaik-Systeme gezielter zu planen“, betont Andreas Schweiger. „Wer weiß, welche Kulturen unter welchen Lichtbedingungen ihre Produktivität aufrechterhalten können, kann Sorten und Flächen besser aufeinander abstimmen.“ Die Forschenden sehen darüber hinaus neue Perspektiven für die Pflanzenzüchtung.
