Feldstudie der Universität Hohenheim zeigt: Gerste, Bohnen, Kartoffeln, Kohl und Mais passen ihre Photosynthese in Agroforst- und Agri-Photovoltaik-Systemen an

Typische Sonnenkulturen sind anpassungsfähiger als bislang angenommen: Eine Feldstudie der Universität Hohenheim in Stuttgart in Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrum Jülich zeigt, dass sich Gerste, Ackerbohnen, Kartoffeln, Kohl und Mais unter den Beschattungsbedingungen von Agroforst- und Agri-Photovoltaik-Systemen physiologisch an Beschattung anpassen können. Ihr Lichtbedarf sinkt unter der typischen Teilbeschattung deutlich. Damit können die Pflanzen bei geringerer Lichtverfügbarkeit CO₂ besser zur Photosynthese nutzen. Für die Forschenden 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. Details zur Studie können hier nachgelesen werden: https://doi.org/10.1016/j.eja.2026.128268

Agroforst-Systeme und Agri-Photovoltaik (Agri-PV) gelten als vielversprechende Strategien, um Landwirtschaft klimaresilienter zu machen und Flächen effizienter zu nutzen. Doch bei den Agroforst-Systemen werfen die Bäume Schatten auf die Ackerflächen. Bei der Agri-PV beschatten Solarmodule die Feldfrüchte.

Eine offene Frage war deshalb bislang, wie gut klassische Ackerpflanzen mit den veränderten Lichtbedingungen zurechtkommen. Umfangreiche Feldstudie zeigen nun: deutlich besser als vielfach angenommen.

Durchgeführt wurde die Studie vom Fachgebiet Pflanzenökologie der Universität Hohenheim in Kooperation mit dem Forschungszentrum Jülich: Das Forschungsteam untersuchte in den Jahren 2023 und 2024 an fünf Standorten in Deutschland die Photosynthese-Leistung von fünf wichtigen Sorten, die von Landwirt:innen in Deutschland häufig angebaut werden: Gerste (Hordum vulgare), Mais (Zea mays), Kohl (Brassica oleracea), Kartoffeln (Solanum tuberosum) und Ackerbohnen (Vicia faba).

Als Vergleich dienten jeweils voll besonnte Referenzflächen. Mithilfe eines mobilen Photosynthese-Messsystems erfassten die Forschenden unter realen Feldbedingungen zentrale physiologische Kennwerte direkt an den Blättern.


Weniger Lichtbedarf und geringere Atmung

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 zeigt eine klare physiologische Anpassung an Teilbeschattung.“

„Besonders bemerkenswert ist, dass dieser Effekt bei allen untersuchten Kulturen auftrat, obwohl diese typischerweise nicht unter Beschattung wachsen“, so Fachgebietsleiter Prof. Dr. Andreas Schweiger. „Sie verfügen also über eine deutlich größere Anpassungsfähigkeit, als wir bisher angenommen haben.“

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.“


Unterschiede zwischen Agroforst und Agri-PV

Besonders relevant sind diese Erkenntnisse, weil die untersuchten Schattenbedingungen nicht künstlich erzeugt wurden, sondern aus realen Agroforst- und Agri-PV-Systemen stammten. Dennoch zeigten sich Unterschiede zwischen den beiden Anbausystemen.

Unter Photovoltaikmodulen blieb die Photosynthese-Leistung meist vergleichsweise stabil. In Agroforstsystemen schwankten die Werte stärker − vermutlich weil Baumkronen ein unregelmäßigeres Schattenmuster erzeugen. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass Schatten nicht gleich Schatten ist“, erklärt Jennifer Moore. „Kulturpflanzen können sich an eine moderate Teilbeschattung gut anpassen. Bereiche mit dauerhaft starker Beschattung sollten jedoch möglichst vermieden werden.“

Auch zwischen den Kulturarten beobachteten die Forschenden Unterschiede: Während die meisten Kulturen insgesamt gut auf die Teilbeschattung reagierten, erwies sich Mais als sogenannte C4-Pflanze tendenziell als empfindlicher gegenüber reduzierter Lichtverfügbarkeit. „Der C4-Stoffwechsel ist eine Anpassung an heiße und trockene Bedingungen. Bei schwächerem Licht können C4-Pflanzen ihre Photosynthese-Kapazität nicht ausreizen“, sagt Jennifer Moore.


Wichtige Grundlagen für Planung und Pflanzenzüchtung

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 Prof. Dr. 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.

Agroforst und Agri-PV-Systeme können so einen wichtigen Beitrag zur Anpassung der Landwirtschaft an den Klimawandel leisten. Denn dabei werden nicht nur Flächen doppelt genutzt. Sie mildern auch 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-PV-Anlangen“, so der Pflanzenökologe. „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.

Text: Stuhlemmer