Jęczmień, ziemniaki, bobik i kapusta potrafią dostosować proces fotosyntezy do częściowego zacienienia występującego w systemach agroleśnych i agrofotowoltaicznych. Podobną zdolność wykazuje kukurydza, jednak w jej przypadku reakcja na ograniczoną ilość światła jest mniej korzystna. Tak wynika z badań terenowych przeprowadzonych przez naukowców z Uniwersytetu Hohenheim i Centrum Badawczego w Jülich.
Badacze sprawdzali, jak rośliny uprawne reagują na warunki, w których dostęp do światła jest ograniczony przez drzewa lub moduły fotowoltaiczne. Wyniki wskazują, że tradycyjne gatunki rolnicze mają większą zdolność przystosowania do takich warunków, niż wcześniej przypuszczano.
Rośliny zmniejszają swoje zapotrzebowanie na światło
Badania prowadzono w pięciu lokalizacjach w Niemczech w latach 2023 i 2024. Naukowcy analizowali jęczmień, kukurydzę, ziemniaki, bobik oraz kapustę. Rośliny rosnące w pełnym słońcu stanowiły grupę kontrolną.
Do badań wykorzystano mobilne systemy pozwalające mierzyć parametry fotosyntezy bezpośrednio na liściach roślin znajdujących się na polu. Dzięki temu można było porównać reakcję upraw rosnących w pełnym świetle z tymi znajdującymi się w częściowym cieniu.
Okazało się, że zacienienie wpływało między innymi na zmniejszenie oddychania w ciemności oraz obniżenie punktu kompensacji światła. W praktyce oznacza to, że rośliny potrzebowały mniej światła, aby zrównoważyć ilość dwutlenku węgla zużywanego w fotosyntezie i uwalnianego podczas oddychania.
– Rośliny traciły mniej CO₂ poprzez oddychanie, a jednocześnie potrzebowały mniej światła do wiązania węgla niezbędnego do wzrostu i rozwoju – wyjaśnia doktorantka Jennifer Moore.
Zdaniem naukowców świadczy to o fizjologicznym przystosowaniu badanych gatunków do częściowego zacienienia.
Jęczmień, ziemniaki, bobik i kapusta potrafią dostosować się do cienia
Zdolność do zmiany parametrów fotosyntezy stwierdzono u wszystkich pięciu analizowanych upraw. Jest to istotne, ponieważ żadna z nich nie należy do typowych roślin cieniolubnych.
– Wykazują one znacznie większą zdolność adaptacji, niż wcześniej sądzono – wskazuje prof. Andreas Schweiger.
Według badaczy obserwowane reakcje występowały niezależnie od lokalizacji, rodzaju gleby, sposobu prowadzenia uprawy czy poziomu zacienienia. Oznacza to, że umiarkowane ograniczenie dostępu do światła nie musi automatycznie oznaczać osiągnięcia fizjologicznej granicy możliwości roślin. Uprawy mogą częściowo zmieniać swoją aktywność metaboliczną i dostosowywać ją do nowych warunków.
Nie oznacza to jednak, że ilość docierającego światła nie ma znaczenia. Naukowcy zwracają uwagę przede wszystkim na różnicę między umiarkowanym, okresowym cieniem a długotrwałym i silnym zacienieniem.
Kukurydza reaguje inaczej niż pozostałe uprawy
Na tle pozostałych badanych gatunków wyróżniała się kukurydza. Roślina ta również wykazywała zdolność dostosowania do częściowego zacienienia, jednak była bardziej wrażliwa na ograniczoną dostępność światła.
Wynika to między innymi ze sposobu prowadzenia fotosyntezy. Kukurydza jest rośliną typu C4. Jej mechanizm fotosyntetyczny pozwala bardzo dobrze wykorzystywać wysoką temperaturę i intensywne nasłonecznienie, co stanowi przewagę między innymi podczas gorących, słonecznych dni.
Przy ograniczonej ilości światła ta przewaga może jednak maleć.
– W słabszym świetle rośliny C4 nie mogą osiągnąć pełnej wydajności fotosyntetycznej – wyjaśnia Jennifer Moore.
Nie oznacza to, że kukurydza nie może być uprawiana w systemach agrofotowoltaicznych lub agroleśnych. Wyniki wskazują jednak, że w jej przypadku szczególnie istotne może być odpowiednie zaprojektowanie systemu i ograniczenie zbyt intensywnego oraz długotrwałego zacienienia.
Cień od paneli fotowoltaicznych i drzew działa inaczej
Badacze zauważyli również różnice pomiędzy agrofotowoltaiką a systemami agroleśnymi. W przypadku powierzchni znajdujących się pod wpływem modułów fotowoltaicznych wydajność fotosyntezy pozostawała stosunkowo stabilna.
Większe wahania obserwowano w systemach agroleśnych. Jedną z przyczyn może być charakter cienia tworzonego przez korony drzew. Jego położenie i intensywność zmieniają się w ciągu dnia, a ilość światła docierającego do poszczególnych roślin może być bardziej zróżnicowana.
Wyniki badań wskazują więc, że znaczenie ma nie tylko sama obecność cienia, ale również jego intensywność, czas trwania oraz sposób, w jaki zmienia się w ciągu dnia. Umiarkowane częściowe zacienienie może pozwolić roślinom na uruchomienie mechanizmów adaptacyjnych. Długotrwały niedobór światła pozostaje natomiast czynnikiem ograniczającym ich możliwości.
Badania mogą pomóc w wyborze odmian do agrofotowoltaiki
Naukowcy wskazują, że analizowane parametry fizjologiczne mogą zostać wykorzystane przy wyborze gatunków i odmian przeznaczonych do uprawy w systemach agrofotowoltaicznych i agroleśnych. Dotyczy to między innymi oddychania w ciemności oraz punktu kompensacji światła.
Poznanie reakcji poszczególnych odmian na ograniczoną ilość światła może pozwolić lepiej dopasować rośliny do konkretnego systemu produkcji. Wyniki mogą być również wykorzystane w hodowli odmian charakteryzujących się większą tolerancją na częściowe zacienienie.
Agrofotowoltaika umożliwia jednoczesne wykorzystanie gruntów do produkcji rolnej i wytwarzania energii elektrycznej. Z kolei w systemach agroleśnych uprawy rolne są łączone z drzewami lub krzewami. W obu przypadkach jednym z najważniejszych zagadnień pozostaje wpływ ograniczonego dostępu do światła na rozwój roślin.
Cień może ograniczać upał i wysychanie gleby
Częściowe zacienienie ma również wpływ na warunki panujące na polu. Systemy agroleśne i agrofotowoltaiczne mogą ograniczać nagrzewanie gleby oraz zmniejszać tempo utraty znajdującej się w niej wody. Może mieć to znaczenie szczególnie podczas okresów wysokich temperatur i niedoboru opadów.
Nie można jednak na tej podstawie przyjąć, że zastosowanie paneli fotowoltaicznych lub drzew zawsze prowadzi do wzrostu plonowania. Dane dotyczące wielkości plonów uzyskane w badaniu nie dały jednoznacznej odpowiedzi. Korzystna reakcja fizjologiczna roślin na częściowe zacienienie nie musi bezpośrednio przekładać się na większy zbiór.
Badanie pokazuje natomiast, że wiele popularnych roślin uprawnych potrafi aktywnie dostosować funkcjonowanie do mniejszej dostępności światła. W przypadku kukurydzy możliwości te są bardziej ograniczone, dlatego przy planowaniu jej uprawy w systemach agrofotowoltaicznych i agroleśnych szczególnego znaczenia nabiera poziom oraz czas trwania zacienienia.
Źródło: www.agrarheute.com
