Agri-Photovoltaik-Feldstudie: Ackerpflanzen vertragen Beschattung gut

Wie kommen Ackerpflanzen wie Gerste, Bohnen, Kartoffeln, Kohl und Mais damit zurecht, wenn Photovoltaik-Module ihnen Sonnenlicht nehmen? Besser als bislang gedacht, wie eine Studie der Universität Hohenheim in Stuttgart in Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrum Jülich zeigt: Sie können ihre Photosynthese gut an die veränderten Bedingungen anpassen. Gleiches gilt für Agroforst-Systeme, bei denen Bäume oder Sträucher zusammen mit Ackerpflanzen auf einer Fläche wachsen.

Die Studie zeigt, dass der Lichtbedarf der Pflanzen unter der Teilbeschattung deutlich sinkt. Damit können die Pflanzen bei geringerem Einfall von Solarstrahlung CO₂ besser zur Photosynthese nutzen. Die Forscher wollen diese Anpassungsfähigkeit für die gezielte Auswahl und Züchtung von Agri-Photovoltaik-Nutzpflanzen einsetzen.

„Größere Anpassungsfähigkeit als bislang angenommen“

Das Forscherteam hat für seine Studie an fünf Standorten in Deutschland die hierzulande häufig angebauten Feldfrüchte Gerste (Hordum vulgare), Mais (Zea mays), Kohl (Brassica oleracea), Kartoffeln (Solanum tuberosum) und Ackerbohnen (Vicia faba) gepflanzt und darüber Photovoltaik-Module installiert. Als Vergleich dienten jeweils voll besonnte Referenzflächen. Mithilfe eines mobilen Photosynthese-Messsystems erfassten die Forschenden direkt an den Blättern zentrale physiologische Kennwerte.

Das wichtigste Ergebnis: Unter den Beschattungsbedingungen sanken bei allen untersuchten Kulturen sowohl die Dunkelatmung als auch der Lichtkompensationspunkt. „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 Doktorandin Jennifer Moore. Das zeige eine klare physiologische Anpassung an Teilbeschattung.

Besonders bemerkenswert ist nach Ansicht von Fachgebietsleiter Andreas Schweiger, 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“, so der Wissenschaftlicher.

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“, sagt Schweiger.

Agri-Photovoltaik mindert Hitze- und Trockenstress

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“, sagt Schweiger. Wer wisse, welche Kulturen unter welchen Lichtbedingungen ihre Produktivität aufrechterhalten können, könne Sorten und Flächen besser aufeinander abstimmen. Die Wissenschaftler sehen darüber hinaus neue Perspektiven für die Pflanzenzüchtung.

Agri-Photovoltaik-Systeme können nach Ansicht des Forscherteams einen wichtigen Beitrag zur Anpassung der Landwirtschaft an den Klimawandel leisten. Denn sie mildern Hitze- und Trockenstress, indem sie das Mikroklima verbessern, Bodentemperaturen senken und die Bodenfeuchte länger erhalten.

„Angesichts des Klimawandels dürften Hitze- und Dürreperioden das Wachstum der Pflanzen oft stärker begrenzen als der Schattenwurf von Agro-Forst oder Agri-Photovoltaik-Anlagen“, so der Pflanzenökologe Schweiger. Die physiologische Anpassungsfähigkeit der Kulturpflanzen könnte deshalb künftig an Bedeutung gewinnen.

Gleichzeitig betont das Forschungsteam, dass die beobachteten physiologischen Anpassungen nicht automatisch höhere Erträge bedeuten. Die Ertragsdaten unterschieden sich je nach Standort und Kulturart und zeigten kein einheitliches Bild. Die Studie liefert daher vor allem grundlegende Erkenntnisse über die Mechanismen, mit denen Kulturpflanzen auf natürliche Beschattung reagieren.

Das Forscherteam hat seine Ergebnisse im European Journal of Agronomy veröffentlicht.