Starkes Sonnenlicht schwächte Shiraz-Reben stärker als Hitze oder Trockenheit, zeigt Studie

Eine am Montag in der Fachzeitschrift OENO One veröffentlichte Feldstudie ergab, dass intensives Sonnenlicht während heißer Sommerbedingungen in Südaustralien der Hauptfaktor war, der die zentrale photosynthetische Leistungsfähigkeit von Shiraz-Reben stärker beeinträchtigte als Hitze oder Trockenheit allein.

Die Forschung untersuchte, wie Shiraz-Reben auf das gleichzeitige Auftreten von Wasserdefizit, hohen Temperaturen und unterschiedlichen Lichtverhältnissen reagierten – eine Kombination, die mit zunehmenden Hitzewellen und Dürren in Weinregionen immer häufiger wird. Die Autoren Walaa Shtai, Marcos Bonada, Everard Edwards, Georg Wohlfahrt, Massimo Tagliavini und Paul Petrie erklärten, die Ergebnisse wiesen auf eine praktische Grenze der Bewässerung als Schutzmaßnahme bei Extremwetter hin.

Der Versuch wurde im Barossa Valley im Sommer 2022/23 an wurzelechten Shiraz-Reben durchgeführt, die 1998 gepflanzt worden waren. Die Forschenden verglichen gut bewässerte Reben mit Reben unter Wasserdefizit und nutzten zudem eine Ost-West-Reihenorientierung, die innerhalb derselben Laubwand zwei unterschiedliche Lichtumgebungen schuf. Blätter auf der Nordseite erhielten den größten Teil des Tages direkte Sonne mit Spitzenwerten der Strahlung von etwa 1.500 bis 2.000 Mikromol pro Quadratmeter und Sekunde, während die Blätter auf der Südseite stärker beschattet blieben und Spitzenwerte von etwa 500 bis 700 erreichten.

Über einen Zeitraum von 20 Tagen überwachte das Team kontinuierlich die Chlorophyllfluoreszenz, eine Methode zur Erfassung der Funktion von Photosystem II, jenem Teil der photosynthetischen Maschinerie der Pflanze, der besonders empfindlich auf Stress reagiert. Außerdem maßen sie den Gasaustausch in benachbarten Blättern, um Assimilation, stomatäre Leitfähigkeit und Transpiration zu bewerten.

Die Bewässerungsbehandlungen waren klar voneinander getrennt. Gut bewässerte Reben wurden fünfmal bewässert und erhielten insgesamt 473 Liter pro Rebe; ihr mittleres Stammwasserpotenzial zur Mittagszeit wurde bei etwa -0,8 bis -1 MPa gehalten. Reben mit Wasserdefizit wurden zweimal bewässert und erhielten insgesamt 164 Liter pro Rebe; sie wurden bei etwa -1,3 bis -1,5 MPa gehalten. Während des Beobachtungszeitraums fielen am Standort zudem 6 Millimeter Regen.

Das Wetter umfasste sechs Tage mit Temperaturen über 35 Grad Celsius. Drei davon waren einzelne heiße Tage, und drei aufeinanderfolgende Tage erfüllten die lokale Definition einer Hitzewelle.

Das deutlichste Muster in den Daten zeigte sich auf der jeweiligen Laubwandseite. An heißen Tagen wiesen Blätter auf der Nordseite eine geringere maximale Effizienz von Photosystem II auf als Blätter auf der Südseite. Dieser Rückgang war noch stärker, wenn diese sonnenexponierten Blätter zusätzlich unter Wasserdefizit standen. Während der Hitzewelle selbst hatte die Bewässerung einen signifikanten Effekt auf die Blätter der Nordseite, wobei wasserstressbelastete Blätter die niedrigsten Werte zeigten.

Die Studie ergab, dass Blätter auf der Südseite zur Mittagszeit im Allgemeinen eine bessere photochemische Leistung aufrechterhielten als Blätter auf der Nordseite. Blätter auf der Nordseite zeigten eine geringere effektive photochemische Ausbeute und eine höhere nicht-photochemische Energiedissipation, Anzeichen dafür, dass die Pflanze mehr absorbiertes Licht als Wärme von der Photosynthese weglenkte, um sich zu schützen. Wasserstress verschärfte dieses Muster auf der Nordseite, nicht jedoch auf der Südseite.

Messungen des Gasaustauschs ergänzten die Ergebnisse um eine weitere Ebene. Die Nettoassimilation der Blätter, die stomatäre Leitfähigkeit und die Transpiration waren in Blättern der Nordseite durchweg höher als in Blättern der Südseite, insbesondere bei gut bewässerten Reben. Gut bewässerte Pflanzen wiesen insgesamt auch eine höhere Assimilation auf als Reben mit Wasserdefizit.

Die Autoren untersuchten außerdem, wie sich die stomatäre Leitfähigkeit nach der Normalisierung für Dampfdruckdefizit und Kohlendioxid mit der Assimilation entwickelte. Bei Blättern der Nordseite folgten gut bewässerte Reben und Reben mit Wasserdefizit ähnlichen Mustern. Bei Blättern der Südseite zeigten Reben mit Wasserdefizit jedoch bei demselben Anstieg der Assimilation geringere Veränderungen der stomatären Leitfähigkeit als gut bewässerte Reben; die Forschenden berichteten, dass dieser Unterschied statistisch signifikant war.

Eines der auffälligeren Ergebnisse zeigte sich nach Phasen extremer Hitze. Nach der Hitzewelle sank die maximale Effizienz von Photosystem II über alle Behandlungen hinweg deutlich und blieb in den letzten fünf Tagen der Beobachtung niedrig, obwohl die maximalen Lufttemperaturen auf zwischen 21 und 24 Grad Celsius gefallen waren. Das deutet darauf hin, dass sich die Erholung von kombinierter Belastung hinter kühlerem Wetter verzögern kann.

Die Studie argumentiert, dass Feldbedingungen wichtig sind, weil kontrollierte Experimente oft nur einen Stressfaktor auf einmal isolieren und übersehen können, wie mehrere Faktoren in kommerziellen Weinbergen zusammenwirken. In diesem Fall schien hohe Strahlung der dominierende Faktor zu sein, der die Leistung von Photosystem II beeinträchtigte, verglichen mit Hitze oder Wasserstress allein.

Für Weinbauern und Weingüter ist das relevant, weil Rebenstress die Funktion der Laubwand beeinflusst und sich letztlich auf Ertrag und Zusammensetzung der Trauben auswirken kann. Die Ergebnisse legen nahe, dass Bewässerung die Rebenfunktion während Hitzewellen stützen kann, aber möglicherweise nicht ausreicht, wenn exponierte Blätter zusätzlich intensiver Strahlung ausgesetzt sind. In der Praxis könnte das präzisere Entscheidungen über Bewässerungszeitpunkte, Zeilendesign und Schutzmaßnahmen wie Schattiernetze in warmen Regionen unterstützen, in denen Shiraz angebaut wird.

Die Studie erscheint zu einem Zeitpunkt, an dem Erzeuger in großen Weinregionen mit längeren Trockenperioden und häufigeren extremen Hitzeereignissen infolge des Klimawandels konfrontiert sind. Die Autoren erklärten, dass das Verständnis dafür, wann Schäden im photosynthetischen System auftreten, dazu beitragen kann, die Resilienz der Weinberge unter diesen Bedingungen zu verbessern.