Über eine Landwirtschafts-Studie berichtet Heinz Wraneschitz
Viele Menschen werden allein schon aggro, wenn das Kürzel „Agri-PV“ ins Spiel kommt. Denn bekanntlich mögen „Diesel-Dieters“ oder „Gas-Karos“ keinen Photovoltaikstrom, sondern lieber Fossilien im Keller und im Tank.
Dabei wissen diese Schreier:innen womöglich nicht einmal, was Agri-PV bedeutet, geschweige denn, was die Kombination aus Landwirtschaftsfläche und Photovoltaik drüber oder daneben bewirkt und ermöglicht.
Ok, selbst der Online-Duden kennt den Begriff „Agri-PV“ bislang nicht. Die hochgelobten künstlichen Intelligenzen Google-Gemini und ChatGPT sind da schon weiter: „ Agri-PV (Agrar-Photovoltaik) bezeichnet die doppelte Flächennutzung: Auf derselben Landwirtschaftsfläche werden sowohl Erntepflanzen angebaut als auch Solarstrom durch aufgeständerte PV-Anlagen erzeugt“, gibt Gemini bekannt. Und von der erstveröffentlichten Generativen KI heißt es: „Agri-PV steht für Agrar-Photovoltaik: die gleichzeitige Nutzung landwirtschaftlicher Flächen für den Anbau von Pflanzen und die Erzeugung von Solarstrom durch Photovoltaikanlagen.“ Damit bringen beide Systeme auf 200 Zeichen unter: sowohl die dank bifacialer PV-Module senkrecht aufgestellten Solarwände zwischen einzelnen Ackerfurchen, als auch die bei weitem überwiegende Art, Module über Feldern oder Wiesen aufzuständern.
Reduziert doppelte Flächennutzung den Pflanzenertrag?
Mit Modulen, aber auch mit Bäumen über und neben den Pflanzen haben sich seit 2023 Wissenschaftler:innen der Uni Hohenheim und des Forschungszentrums Jülich beschäftigt. Zwar soll die dabei entstandene Studie „Partial shade effects of dual land use systems: Harnessing plant acclimation to drive sustainable farming solutions“ (Auswirkungen von Teilbeschattung in Systemen der doppelten Landnutzung: Nutzung der pflanzlichen Akklimatisierung für nachhaltige landwirtschaftliche Lösungen) offiziell erst im Oktober erscheinen: Doch bereits jetzt steht sie für Jedermensch lesbar online, wenn auch nur auf Englisch.
Über die Jahre 2023 und 2024 hat das Forschungsteam an fünf Standorten in Deutschland untersucht: Wie verändert sich die Photosynthese-Leistung wichtiger, in Deutschland häufig angebauter Nutzpflanzen-Sorten unter PV-Modulen (Agri-PV, APV) sowie unter Bäumen, im Fachbegriff Agroforstwirtschaft (AFS). Und dabei stellten die Wissenschaftler:innen fest: die immer noch existierenden „Bedenken hinsichtlich der verminderten Lichtverfügbarkeit und deren Auswirkungen auf den Ertrag der Kulturpflanzen“ sind offensichtlich unbegründet. Denn die gewonnenen „Ergebnisse belegen: häufig angebaute, typischerweise an Sonneneinstrahlung angepasste Kulturpflanzen zeigen unter heterogener Feldbeschattung physiologische Plastizität, … was die Annahme in Frage stellt, dass solche Kulturpflanzen in beschatteten landwirtschaftlichen Systemen von Natur aus eingeschränkt sind.“ Und weil dabei Gerste (Hordeum vulgare), Mais (Zea mays), Kohl (Brassica oleracea), Kartoffeln (Solanum tuberosum) und Ackerbohnen (Vicia faba) betrachtet wurden, also in der hiesigen Landwirtschaft weit verbreitete Gewächsarten, stellen die Forscher:innen nun fest: Alles „deutet darauf hin, dass Nutzpflanzen unter mäßiger Beschattung ihre Kohlenstoffbilanz aufrechterhalten können. Deren Reaktionen liefern praktische Belege für photosynthetische Akklimatisierung und Plastizität in diesen Systemen mit doppelter Landnutzung“, so die kurz zusammengefassten Erkenntnisse. Auch wenn einschränkend erwähnt ist, dass „sich diese Reaktionen nicht direkt auf die Erträge übertragen lassen“.
Kontra Teller-Tank-Debatte
Bekanntlich läuft seit Jahrzehnten speziell in Deutschland eine oft mit harten Bandagen geführte Auseinandersetzung „Teller kontra Tank“. Stand in den Nullerjahren dieses Millenniums der großflächige Anbau von Mais für die Fütterung der Bakterien in Biogasanlagen im Vordergrund, entstanden gerade im Verlauf der 2010er und 20er Jahre oft riesige PV-Freiflächenanlagen auf vorherigem Acker- oder Wiesengrund. Dieser Flächenkonkurrenz können Doppelnutzungssysteme wie APV oder AFS entgegenwirken: Die Produktion von Nahrung für Tier (Gras von Wiesen) wie Mensch (Nutzpflanzen vom Acker) bleibt trotz Anbau von (Energie-)Wald oder Errichtung von Stromerzeugung (PV) möglich.
Zumal solch „innovative Lösungen die Nachhaltigkeit mit der Widerstandsfähigkeit der Kulturen verbinden und so eine angemessene Produktion für die Zukunft gewährleisten. AFS und APV haben sich als vielversprechende Ansätze der dualen Landnutzung herausgestellt, die die Ressourcennutzung optimieren, die Widerstandsfähigkeit fördern und transformatives Potenzial bieten“, ist einführend in der Studie zu lesen. Denn schon länger „ist bekannt, dass die durch die Solarmodule und Bäume bewirkten Veränderungen des Mikroklimas einige der negativen Auswirkungen des Klimawandels abmildern, indem sie Temperaturextreme, Windgeschwindigkeit und Evapotranspiration verringern und dadurch auch die Bodenfeuchte und die Wasserverfügbarkeit erhöhen“. Das entkräftet auch die oft von Kritikern vorgebrachte These, Freiflächen-PV würde die Biodiversität reduzieren.
Was macht der Schatten mit den Pflanzen?
Doch mit der Studie wurde begonnen, zu erforschen, welche „pflanzenphysiologischen Reaktionen innerhalb dieser Systeme“ passieren. Genauso wie man Antworten auf die Frage bekommen wollte, „inwieweit sich Ackerkulturen, die typischerweise für Freilandbedingungen gezüchtet wurden, an diese veränderten Systeme anpassen können“. Dass „beide Systeme zu neuen Komplexitäten führen, indem sie die Muster der Lichtverfügbarkeit verändern – ein entscheidender Faktor für Wachstum und Ertrag“, steht für die Forscher fest.
Man habe sich deshalb „speziell auf photosynthetische Parameter konzentriert, die aus Lichtreaktionskurven abgeleitet werden (lichtgesättigte Assimilation, scheinbare Quantenausbeute, Lichtkompensationspunkt und Dunkelatmung), um aufzuklären, wie Ackerkulturen ihre Photosynthese unter den einzigartigen, heterogenen Lichtbedingungen dieser Systeme anpassen. Die Fähigkeit, den Stoffwechselbedarf und die photosynthetische Effizienz unter variablen Bedingungen zu optimieren, wurde als entscheidendes Merkmal für das Überleben in wechselhaften Umgebungen identifiziert, das möglicherweise den Schlüssel zur Abmilderung der Klimaauswirkungen auf die Landwirtschaft darstellt“, ist zu lesen.
Pflanzen passen sich an
Nach Auswertung der Daten stellten die Forscher:innen „überraschend … über alle Standorte, Erhebungsjahre und Kulturpflanzen hinweg“ fest: „Obwohl diese Pflanzensorten für volle Sonneneinstrahlung gezüchtet wurden, zeigten sie unter Schattenbedingungen durchweg eine Verringerung von der Dunkelatmung (Rd) und des Lichtkompensationspunkts (LCP), unabhängig von Bodenbedingungen, Bewirtschaftungspraktiken, Kulturtyp, Beschattungssystem und Beschattungsgrad.“ Und das immer wieder.
Alles deute „auf eine Verschiebung der Kohlenstoffbilanz auf Blattebene hin, die die Kohlenstoffassimilation bei reduzierter Bestrahlungsstärke unterstützt und eine konsistente physiologische Anpassung unter verschiedenen Feldbedingungen widerspiegelt. … Ackerkulturen – selbst solche, die typischerweise in voller Sonne angebaut werden – verfügen über eine inhärente Fähigkeit, ihren Stoffwechsel bei sich ändernder Lichtverfügbarkeit anzupassen“, so die Einschätzung der Studierenden.
Genaue Planung äußerst wichtig
Trotzdem sei es wichtig, „standorttypische Schattenbedingungen zu messen, um schattenverträgliche Linien zu identifizieren“. Deshalb seien APV und AFS zur Minimierung anhaltender Tiefschattenzonen z.B. durch Abstände zwischen Paneelen/Bäumen, Reihenausrichtung „so anzuordnen, dass die meisten Pflanzen einen moderaten %PAR-Wert (prozentualer Photonen-Anteil im Verhältnis zur Referenz im Freiland, d.Red.) erfahren, bei dem die Kohlenstoffbilanz günstig bleibt“.
An den gemessenen Standorten „erzeugte APV einen strukturierteren Schatten, während AFS einen heterogenen Schatten erzeugte, was auf unterschiedliche Gestaltungshebel in jedem System hindeutet“, heißt es weiter.
Die Vermutung, grundsätzlich „das Licht als Grundpfeiler der Photosynthese in diesen Systemen als den limitierendsten Faktor anzusehen“, stimmt also auf keinen Fall. Stattdessen sei „zu beachten, dass eine teilweise Beschattung in APV- und AFS-Systemen nicht nur die Lichtverfügbarkeit verringert, sondern auch eine übermäßige Bestrahlungsstärke und den damit verbundenen Stress mindern kann“. Und nicht zuletzt würden „solche Kulturen – obwohl sie für volle Sonneneinstrahlung gezüchtet wurden – möglicherweise über eine größere Anpassungsfähigkeit an den Schatten dieser Systeme verfügen, als bisher angenommen und derzeit in Modellen dargestellt wird“, fassen die Forscher:innen zusammen.
Unterschiede zwischen Solar und Wald
Indes haben sie gewisse Unterschiede festgestellt: Unter PV-Modulen blieb die Photosynthese-Leistung meist vergleichsweise stabil. In Agroforstsystemen schwankten die Werte stärker. Die Vermutung dafür: Baumkronen erzeugen ein unregelmäßigeres Schattenmuster. „Unsere Ergebnisse zeigen also, dass Schatten nicht gleich Schatten ist“, erklärt Jennifer Moore von der Uni Hohenheim. „Kulturpflanzen können sich an eine moderate Teilbeschattung gut anpassen. Bereiche mit dauerhaft starker Beschattung sollten jedoch möglichst vermieden werden.“
Dennoch liest sich die folgende „Annahme“ wie ein Plädoyer für APV und AFS: „Kulturpflanzen verfügen über eine größere Fähigkeit zur Lichtakklimatisierung als bisher angenommen – insbesondere in Agroforst- und Agrivoltaiksystemen, in denen Beschattung ein entscheidender Faktor für Produktivitäts-Trade-offs ist.“
Auf Nachfrage unserer Redaktion stellt Forscherin Moore klar: „Beide Systeme haben daher Berechtigung – abhängig vom jeweiligen Standort, der Kultur und den spezifischen Zielsetzungen. Agri-PV bietet den zusätzlichen Vorteil der Erzeugung erneuerbarer Energie, während Agroforstsysteme eine Reihe zusätzlicher Vorteile bieten können wie Kohlenstoffspeicherung, Förderung der Biodiversität, Windschutz und eine Verbesserung des Mikroklimas“.
UN-Entwicklungsziele leichter erreichbar
Auch wenn – wie bei Forschenden üblich – die Hoffnung auf weitere Fördermittel nicht zu überlesen ist: „Gezielte Folgestudien könnten auf dieser Arbeit aufbauen, um unser Verständnis der Schattenakklimatisierung in diesen alternativen Anbausystemen zu vertiefen.“ Doch schon die vorgelegten Ergebnisse würden belegen, „dass Ackerbaukulturen zu einer physiologischen Akklimatisierung an Teilbeschattung fähig sind. Das unterstützt die Weiterentwicklung von Agri-Photovoltaik- und Agroforstsystemen als nachhaltigere landwirtschaftliche Produktionsformen.“ Und dadurch könnten APV und AFS viel zum Erreichen einiger der 17 Ziele Nachhaltiger Entwicklung (SDG) der Vereinten Nationen beitragen. Dazu zählt die Ernährungssicherheit der ganzen Weltbevölkerung. „APV- und AFS-Systeme stellen nicht nur eine landwirtschaftliche Innovation dar, sondern auch einen vielversprechenden Weg hin zu nachhaltigeren und widerstandsfähigeren Produktionssystemen angesichts zunehmender Umweltschwankungen“, lautet der letzte Satz der Studie. Hoffentlich wird diese Bewertung auch von den Verantwortlichen gelesen – ob Minister:innen in Bund und Ländern oder EU-Kommissionär:innen.