Control y Eliminación de la Fallopia Japonesa Invasora Reynoutria japonica Houtt. Uso del tratamiento con microondas

Resumen

Este protocolo proporciona un método para el control por microondas de la fallopia japonesa en el campo y la eliminación de los rizomas desenterrados en condiciones de laboratorio. Se discuten las ventajas y desventajas de ambos métodos. También se sugieren futuras direcciones de investigación para optimizar el uso de microondas para el control de la fallopia japonesa.

Resumen

El estudio tiene como objetivo evaluar la efectividad del tratamiento con microondas (MWT) a una frecuencia de 2,45 GHz y una potencia de 800 W para controlar la fallopia japonesa (Reynoutria japonica Houtt.) utilizando un dispositivo autopropulsado que se construyó en las instalaciones internas. El MWT se aplicó en la población de campo de fallopia nudosa en julio de 2022. Primero, las plantas se movieron mecánicamente desde el área de 1 m^{2 y,} a continuación, los brotes cortados de unos 4 cm de altura se trataron con microondas durante 25 min, 20 min y 15 min. Los tratamientos testigo fueron: 1) solo plantas cortadas y 2) rizomas excavados hasta 30 cm de profundidad. La efectividad de los tratamientos con microondas se observó durante los siguientes 11 meses contando el número de brotes recién crecidos. Los resultados mostraron que un MWT de 25 minutos fue 100% efectivo en la pérdida de vitalidad de la fallopia japonesa, mientras que un tratamiento de microondas con MWT de 15 minutos estimuló el crecimiento de la planta en alrededor del 50%, en comparación con los controles. Los rizomas se extrajeron en un experimento in vitro separado para pruebas de laboratorio. Los rizomas se clasificaron por espesor y se sometieron a un MWT de 60 s utilizando un microondas comercial, después de lo cual se evaluó su temperatura y vitalidad. La temperatura de los rizomas después de MWT dependió de su grosor. Los rizomas que se calentaron a temperaturas superiores a los 42 °C fueron destruidos de manera efectiva. En resumen, el tiempo que las plantas están expuestas a las microondas juega un papel importante en la efectividad de este método. Cuanto más prolongada sea la exposición al MWT, mejor será el control. Cuanto más finos sean los rizomas, más eficaz será la eliminación in vitro de los rizomas MWT.

Introducción

La fallopia japonesa (Reynoutria japonica Houtt.) es una de las siete especies de plantas invasoras que amenazan el medio ambiente natural en Polonia¹. Esta planta, fuera de su área de distribución original, exhibe un amplio espectro de hábitats, desde hábitats antropogénicos, incluidos terraplenes ferroviarios, bordes de carreteras, parques, cementerios, jardines familiares, varios tipos de páramos urbanos y postindustriales hasta los naturales, por ejemplo, bordes de bosques, riberas de ríos, matorrales. A veces también se puede encontrar en zonas agrícolas. Se adapta bien a varios tipos de suelos con diversos pH, desde ácidos hasta ligeramente alcalinos ^2,3. Exhibe alta tolerancia a altas temperaturas, salinidad, inundaciones periódicas y sequía². También es muy resistente a la contaminación del suelo, incluidos los compuestos de azufre⁴. La fallopia nudosa amenaza seriamente a la naturaleza y contribuye a la disminución de la riqueza de especies vegetales. Compiten eficazmente con las especies nativas, impidiendo su regeneración a través de un crecimiento rápido y limitando el acceso a la luz⁵. Afectan a otras plantas de forma aleopática y provocan cambios en las propiedades físicas y químicas del suelo. Además, afectan negativamente a la economía humana al limitar la visibilidad a lo largo de las carreteras, destruir la protección contra inundaciones, reducir el atractivo de las zonas de inversión y turísticas, y causar pérdidas económicas asociadas a su control ^6,7.

Se han hecho muchos intentos para controlar la fallopia japonesa, principalmente utilizando herbicidas sintéticos como el glifosato o el 2,4-D⁸. Sin embargo, debido a los efectos ambientales desfavorables, este método no se recomienda para la mayoría de los sitios ocupados por fallopia. Por otro lado, los métodos mecánicos implican la siega regular de las plantas, que son ineficaces debido al profundo sistema de rizomas de los que emergen nuevos brotes⁹. Una solución interesante es utilizar redes densas que limiten el crecimiento de la hierba nudosa, pero este método también tiene limitaciones debido a posibles daños en la red o brotes que crecen fuera de su área. Por lo tanto, se buscan métodos laterales para el control de esta especie. Uno de estos métodos puede ser el uso de microondas¹⁰.

Las microondas son ondas electromagnéticas con frecuencias de 0,3 GHz a 300 GHz y longitudes de onda de 1 m a 0,001 m. La radiación de microondas es invisible para el ojo humano. El espectro electromagnético de un horno de microondas se encuentra dentro del rango de radiación infrarroja y radiofrecuencias¹¹. De la amplia gama de frecuencias de microondas, solo unas pocas están destinadas a aplicaciones médicas o industriales. Las regulaciones de la Comisión Federal de Comunicaciones especifican el uso de frecuencias específicas de microondas. Las microondas se transmiten a través de materiales eléctricamente neutros como el papel, el vidrio, la cerámica y la mayoría de los plásticos, y son reflejadas por los metales. En el material absorbente, hacen que se genere calor¹². El campo electromagnético a frecuencias de microondas proporciona principalmente energía a los organismos vivos dentro de su rango. El efecto térmico consiste en aumentar la temperatura corporal debido a la absorción de cierta energía por parte del cuerpo. La frecuencia adecuada, la intensidad del campo y la capacidad del organismo para termorregularse son necesarias para aumentar la temperatura del tejido. También depende del tiempo de exposición y del tipo de tejido. Cuando se supera un nivel crítico de calor tisular, se produce la desnaturalización de las proteínas¹³.

La radiación de microondas se ha utilizado en las ciencias naturales durante muchos años. Se utiliza, por ejemplo, para calentar aire en invernaderos¹⁴, desinfectar el suelo 15,16,17 y secar frutas y verduras 18,19,20. Las microondas también pueden destruir las plagas de insectos de las plantas de cultivo 21,22,23 o las malezas en una etapa de plántula²⁴. Estudios recientes también indican la alta efectividad del método de microondas en la lucha contra el perejil invasor de Sosnowsky^10,25.

El dispositivo HOGWEED fue construido en la Facultad de Silvicultura de la Universidad de Agricultura de Cracovia²⁶. Tiene su accionamiento y se mueve sobre un chasis de oruga, que se puede utilizar en zonas de difícil acceso. Un sistema de accionamiento de este tipo no daña el suelo porque las orugas de goma ejercen bajas presiones unitarias sobre el terreno. Un mando a distancia por radio controla el vehículo de forma remota. El dispositivo fue construido para estudiar el efecto de las microondas sobre las malezas invasoras en los ecosistemas naturales.

El estudio tiene como objetivo determinar la efectividad de la radiación de microondas con una onda de 2,45 GHz, una potencia de 800 W y un tiempo de operación asumido (de 15 a 25 min) para controlar el crecimiento de plantas de fallopia japonesa (Reynoutria japonica Houtt.) en el campo utilizando el dispositivo HOGWEED. El estudio también tiene como objetivo determinar la eliminación de rizomas en condiciones de laboratorio utilizando un dispositivo comercial de microondas. La eliminación es importante en la gestión segura de los residuos vegetales invasores para que no amenacen la seguridad ambiental.

Protocolo

Llevamos a cabo el experimento de campo utilizando una población de campo de fallopia japonesa invasora (Reynoutria japonica Houtt.) localizada en Cracovia (50.04 N, 19.63 E) bajo el acuerdo escrito y la supervisión de la Junta Municipal de Vegetación de Cracovia, que administra esta área.

1. Control de campo de la fallopia japonesa utilizando un dispositivo especializado que emite microondas

1. Construya el emisor de microondas utilizando un magnetrón, que genera ondas a una frecuencia de 2,45 GHz y una potencia de 800 W. Mantenga el área de apertura de la antena de bocina a 0,024254^m2 (134 mm x 181 mm) y la densidad de potencia de microondas a 32,8 kW/^m2. Hacer la guía de onda y la antena de cuatro láminas de latón de 1 mm de espesor y unirlas con soldadura blanda. Asegúrese de que el lado interior de la placa de chapa esté recubierto de plata para aumentar la conductividad de la superficie metálica²⁶.
2. Realice el control por microondas de la fallopia japonesa durante su período de crecimiento intensivo cuando las plantas tienen alrededor de 0,5-1,0 m de altura.
3. Cuente el número de brotes de fallopia nudosa sobre el suelo por 1 m². Corte todas las partes aéreas de las plantas con una cortadora de césped manual a unos 4 cm de la superficie del suelo.
4. Retire mecánicamente las hojas secas de la superficie con un soplador de hojas para evitar que se quemen durante el tratamiento con microondas.
5. Registre la temperatura de la superficie preparada antes del tratamiento con la cámara térmica.
6. Coloque el emisor de microondas sobre la superficie preparada sobre los brotes en su centro y empújelo ligeramente para que se adhiera firmemente al suelo. Emita microondas pulsando un botón de la máquina y realice el tratamiento durante 25 min, 20 min y 15 min para una superficie de 268 mm x 362 mm de dimensiones.
7. Registre la temperatura de la superficie tratada con la cámara térmica.
8. Para los controles, use superficies en las que las partes sobre el suelo solo se corten mecánicamente con una cortadora de césped manual a unos 4 cm sobre el suelo (control 1 - cortado), y los rizomas se excavan a una profundidad aproximada de 30 cm (control 2 - excavación). Para ayudar a desenterrar los rizomas, primero use un compresor móvil con una boquilla de chorro estrecho y luego saque los rizomas visibles con la ayuda de un cortador de metal.
9. Verifique mensualmente el crecimiento de las plantas en el área de investigación y compárelo con ambas áreas de control durante los próximos meses hasta el mes de crecimiento intensivo de las plantas, por ejemplo, de julio a mayo. Cuente manualmente y documente fotográficamente el número de nuevos brotes de fallopia.

2. Eliminación in vitro de rizomas de fallopia japonesa mediante microondas

1. Como fuente de microondas, utilice un dispositivo de cámara comercial con una frecuencia de 2,45 GHz y una potencia de 800 W, con una capacidad controlada eléctricamente de 28 L.
2. Desentierra rizomas de fallopia japonesa desde una profundidad de hasta 30 cm y córtalos en secciones de 28 cm con unas tijeras.
3. Divida el rizoma en tres clases de grosor, usando un calibrador para medir el diámetro más grande del rizoma. Dé el resultado de la medición en centímetros con dos decimales. Utilice una regla de dibujo para calcular el resultado en centímetros con un decimal. Clase I hasta 1,00 cm; Clase II 1,01-2,00 cm; Clase III por encima de 2,01 cm.
4. Elija diez rizomas representativos por clase de espesor. Pesa la masa fresca de los rizomas con una balanza. Expresa los resultados en g con dos decimales.
5. Coloque los rizomas en un horno microondas y cocine en el microondas durante 60 s. Inmediatamente después del tratamiento con microondas, tome un termograma con la cámara termográfica para determinar la temperatura a la que se ha calentado un rizoma determinado.
6. Vuelva a pesar los rizomas cocinados en el microondas después del tratamiento con microondas cuando se enfríen a temperatura ambiente.
7. Tome ocho rizomas adicionales para determinar su humedad y masa seca. Pesar los rizomas antes de colocarlos en el secador de laboratorio a 105 °C durante 2 días. Pasado ese tiempo, pésalos de nuevo.
8. Determine la temperatura de los rizomas en función de los termogramas de la cámara termográfica. Determine la temperatura promedio, máxima y mínima de un área o sección marcada. En este experimento, cada rizoma se dividió en 5 puntos-elipses igualmente espaciados de un área de alrededor de 2 cm que no se extendían más allá del contorno del rizoma. Luego, calcule la temperatura promedio, máxima y mínima de cada rizoma a partir de los 5 puntos.
9. Coloque los rizomas en el microondas individualmente en bandejas forradas con algodón estéril. Asegúrese de que una bandeja contenga rizomas de la misma clase de grosor. Use bandejas separadas para los rizomas de control.
10. Riegue las bandejas con agua del grifo. Cubra con papel de aluminio incoloro para reducir la pérdida de agua. Coloque las bandejas en un área sombreada, vigílelas y cúbralas con agua cuando sea necesario. Realice un seguimiento hasta que se observen nuevos brotes o se produzca una descomposición visible de los tejidos, por ejemplo, durante 14 días.
11. Para los rizomas que sobreviven y desarrollan nuevos brotes, realice un análisis adicional de su temperatura a lo largo de toda la longitud del rizoma.

Resultados

Control de campo de la fallopia japonesa utilizando un dispositivo especializado que emite microondas
El número promedio de brotes por 1^m2 de área tratada con microondas fue de 27. La Figura 1 muestra el número promedio de brotes por 1^m2 que crecieron después del tratamiento con microondas durante 11 meses después de la exposición al microondas. No aparecieron nuevos brotes de fallopia nudosa en las áreas trat...

Discusión

Se demostró la efectividad del control de la fallopia japonesa (Reynoutria japonica Houtt.) utilizando el dispositivo construido y la eliminación de los rizomas de fallopia nudosa utilizando un horno de microondas comercial. Ambos dispositivos emitían microondas a una frecuencia de 2,45 GHz y una potencia de 800 W.

Se observó que cuanto mayor era la exposición de las plantas de knotweed a la radiación de microondas, menor y más tardía su regen...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
AXIS BTA2100d	AXIS Sp. z o.o.		balance
CompAir C50	LECTURA GmbH Verlag		mobile compressor
FLIR E60	FLIR Systems, Inc.		thermal imaging camera
FLIR Tools	FLIR Systems, Inc.		software to analyse the temperature from the thermogram
HDL_ANT version 3b4 program	PC Software by W1GHZ		software
Heraus UT 6120	Heraeus		laboratory drier