Das Risiko von Ertragseinbußen aufgrund von Pflanzenkrankheiten wird in einem Anbausystem ohne chemisch-synthetischen Pflanzenschutz steigen. Der Zeitpunkt des Auftretens und die darauffolgende Ausbreitung der Pathogene im Bestand werden maßgeblich durch den Witterungsverlauf und das daraus resultierende Mikroklima im Bestand bestimmt (Vidal et al., 2017). Besonders ausgeprägt ist dieser Determinismus bei Pilzkrankheiten.
Wie stark der Bestand sich erwärmt oder wie schnell er nach einem Niederschlag wieder abtrocknet, hängt wesentlich von bestimmten aerodynamischen Eigenschaften (Verschiebungshöhe, Rauhigkeitslänge etc.) ab. Diese sind wiederum das Resultat von Faktoren wie Aussaatdichte, Aussaatgeometrie, Blattfläche, Blattbreite, Blattinklination oder der Variabilität der Wuchshöhe (Goudriaan, 1989).  In 3D-Simulationen können die grundlegenden Strömungsgleichungen mittels „Computational Fluid Dynamics“ (CFD) numerisch gelöst werden.

Die zentrale Arbeitshypothese des Projektes ist, dass durch eine Optimierung des Mikroklimas (z.B. durch Gleichstandsaat) dem erhöhten Infektionsrisiko mit Pilzkrankheiten entgegengewirkt werden kann.

Dabei wird hier als entscheidende Stellschraube die Aerodynamik des Bestandes gesehen, wobei es im Kern darum geht, die turbulente Durchmischung der oberen Bestandsschichten zu verbessern. Um die Feinstruktur des turbulenten Austausches an der Grenzschicht Bestand-Atmosphäre zu untersuchen, sollen numerische 3D Strömungssimulationen mittels CFD durchgeführt werden.

In einem virtuellen Windkanal wird der Einfluss der Bestands- und Pflanzenarchitektur auf den turbulenten Austausch untersucht. Die Ergebnisse werden im Pflanzenwachstums- und Landoberflächenmodell NoahMP-Gecros (Ingwersen et al., 2017) verwendet, um die Temperatur- und Luftfeuchtedynamik im Bestand zu simulieren und das Infektionsrisiko abzuschätzen. Auf Basis der neuen Erkenntnisse aus den virtuellen Windkanalsimulationen werden Empfehlungen für die Züchtung und die Bestandesführung ohne chemisch-synthetischen Pflanzenschutz abgeleitet.

Durch mikroklimatische Messungen soll gezeigt werden, dass Gleichstandsaat im Vergleich zur Normalsaat zu einer besseren Durchlüftung der Bestände führt. Die 3D- Strömungssimulationen sollen die Messergebnisse bestätigen und detaillierte, quantitative Einblicke in die turbulenten Austauschprozesse in den Beständen geben. Durch die Kombination der 3D-Strömungs- und der NoahMP-Gecros-Simulationen können neben der Gleichstandsaat weitere optimierte Pflanzen- und Bestandsarchitekturen abgeleitet werden, die das Pilzbefallrisiko reduzieren.