Agri-Photovoltaik und Agroforst: Anpassungsfähigkeit von Ackerpflanzen an Beschattung
Eine aktuelle Feldstudie der Universität Hohenheim in Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrum Jülich untersucht die physiologischen Anpassungen von Gerste, Ackerbohnen, Kartoffeln, Kohl und Mais an die veränderten Lichtverhältnisse in Agroforst- und Agri-Photovoltaik-Systemen (Agri-PV). Die Ergebnisse zeigen, dass diese typischen Sonnenpflanzen ihre Photosynthese unter teilweiser Beschattung effektiver gestalten können als bisher angenommen.
Hintergrund und Zielsetzung der Studie
Agroforst- und Agri-PV-Systeme bieten Möglichkeiten, landwirtschaftliche Flächen effizienter zu nutzen und gleichzeitig die Klimaresilienz der Landwirtschaft zu erhöhen. Dabei werfen Bäume im Agroforst Schatten auf die Kulturen, während bei Agri-PV Solarmodule die Pflanzen beschatten. Die Studie sollte klären, wie gut klassische Ackerpflanzen mit diesen veränderten Lichtbedingungen zurechtkommen.
Methodik und Untersuchungsdesign
Im Zeitraum von 2023 bis 2024 wurden an fünf verschiedenen Standorten in Deutschland die Photosyntheseleistungen von fünf häufig angebauten Kulturen – Gerste (Hordeum vulgare), Mais (Zea mays), Kohl (Brassica oleracea), Kartoffeln (Solanum tuberosum) und Ackerbohnen (Vicia faba) – analysiert. Die Messungen erfolgten mittels mobiler Photosynthese-Messgeräte direkt an den Blättern unter realen Feldbedingungen. Als Vergleich dienten vollsonnige Referenzflächen.
Ergebnisse: Physiologische Anpassungen an Teilbeschattung
- Alle untersuchten Kulturen zeigten unter Beschattung eine Verringerung der Dunkelatmung und des Lichtkompensationspunkts.
- Dies bedeutet, dass die Pflanzen weniger CO₂ durch Atmung verlieren und gleichzeitig mit weniger Licht auskommen, um Kohlenstoff für Wachstum und Fruchtbildung zu fixieren.
- Diese Anpassung trat unabhängig von Standort, Bodenbeschaffenheit, Bewirtschaftungsform und der jeweiligen Schattensituation auf.
- Die Fähigkeit zur Anpassung an Teilbeschattung war bei allen Kulturen vorhanden, obwohl sie typischerweise nicht unter schattigen Bedingungen angebaut werden.
Unterschiede zwischen Agroforst- und Agri-PV-Systemen sowie Kulturarten
Die Schattenbedingungen in den untersuchten Systemen waren realistisch und nicht künstlich erzeugt. Unter Photovoltaikmodulen blieb die Photosyntheseleistung der Pflanzen meist stabil, während sie in Agroforstsystemen stärker schwankte, was auf das unregelmäßige Schattenmuster der Baumkronen zurückgeführt wird.
Bei den Kulturen zeigte sich, dass Mais als C4-Pflanze empfindlicher auf reduzierte Lichtverfügbarkeit reagiert als die anderen untersuchten Arten. Der C4-Stoffwechsel ist auf heiße und trockene Bedingungen spezialisiert, wodurch bei geringerer Lichtintensität die Photosyntheseleistung eingeschränkt wird.
Bedeutung für Landwirtschaft und Pflanzenzüchtung
Die gewonnenen physiologischen Kennwerte wie Dunkelatmung und Lichtkompensationspunkt können zukünftig dazu dienen, schattentolerantere Sorten zu identifizieren und gezielt für Agroforst- und Agri-PV-Systeme auszuwählen. Dies ermöglicht eine optimierte Planung und Sortenwahl, um Produktivität und Flächennutzung zu verbessern.
Darüber hinaus eröffnen die Erkenntnisse neue Ansätze für die Pflanzenzüchtung, um Kulturen mit erhöhter Toleranz gegenüber Teilbeschattung zu entwickeln.
Schlussfolgerungen
- Agroforst- und Agri-PV-Systeme tragen zur Anpassung der Landwirtschaft an den Klimawandel bei, indem sie Flächen doppelt nutzen und das Mikroklima verbessern.
- Die Beschattung mildert Hitze- und Trockenstress durch niedrigere Bodentemperaturen und längere Bodenfeuchte.
- Hitze- und Dürreperioden dürften das Pflanzenwachstum künftig stärker begrenzen als der Schattenwurf dieser Systeme.
- Die physiologische Anpassungsfähigkeit der Pflanzen an Teilbeschattung gewinnt daher an Bedeutung.
- Die Studie weist jedoch darauf hin, dass physiologische Anpassungen nicht zwangsläufig mit höheren Erträgen einhergehen; Ertragsunterschiede waren standort- und kulturabhängig.
Publikation und Kontakt
Die vollständigen Studienergebnisse sind veröffentlicht in:
Moore J, Pataczek L, Muller O, Jedmowski C, Schweiger A: Partial shade effects of dual land use systems: Harnessing plant acclimation to drive sustainable farming solutions. European Journal of Agronomy 181 (2026) 128268
https://doi.org/10.1016/j.eja.2026.128268
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Andreas Schweiger
Universität Hohenheim, Fachgebiet Pflanzenökologie
Telefon: +49 (0)711 459 22189
E-Mail: andreas.schweiger@uni-hohenheim.de
M.Sc. Jennifer Moore
Universität Hohenheim, Fachgebiet Pflanzenökologie
Telefon: +49 (0)711 459 23693
E-Mail: jennifer.moore@uni-hohenheim.de
