Contrôle et élimination de la renouée du Japon envahissante Reynoutria japonica Houtt. Utilisation du traitement par micro-ondes

Résumé

Ce protocole fournit une méthode pour le contrôle par micro-ondes de la renouée du Japon sur le terrain et l’élimination des rhizomes déterrés dans des conditions de laboratoire. Les avantages et les inconvénients des deux méthodes sont discutés. Des orientations de recherche futures sont également suggérées pour optimiser l’utilisation des micro-ondes pour lutter contre la renouée du Japon.

Résumé

L’étude vise à évaluer l’efficacité du traitement par micro-ondes (MWT) à une fréquence de 2,45 GHz et à une puissance de 800 W pour lutter contre la renouée du Japon (Reynoutria japonica Houtt.) à l’aide d’un dispositif automoteur construit dans l’installation interne. Le MWT a été appliqué dans la population de renouée au champ en juillet 2022. Tout d’abord, les plantes ont été déplacées mécaniquement d’une zone de 1 m^2, puis les pousses coupées d’environ 4 cm de haut ont été traitées au micro-ondes pendant 25 min, 20 min et 15 min. Les traitements de contrôle étaient les suivants : 1) uniquement des plantes coupées et 2) des rhizomes creusés jusqu’à 30 cm de profondeur. L’efficacité des traitements par micro-ondes a été observée pendant les 11 mois suivants en comptant le nombre de pousses nouvellement développées. Les résultats ont montré qu’un traitement par micro-ondes de 25 minutes était efficace à 100 % dans la perte de vitalité de la renouée du Japon, tandis qu’un traitement par micro-ondes de 15 minutes stimulait la croissance des plantes d’environ 50 % par rapport aux témoins. Les rhizomes ont été déterrés dans une expérience in vitro distincte pour des tests en laboratoire. Les rhizomes ont été classés par épaisseur et soumis à une MWT de 60 s à l’aide d’un micro-ondes commercial, après quoi leur température et leur vitalité ont été évaluées. La température des rhizomes après MWT dépendait de leur épaisseur. Les rhizomes qui se sont réchauffés à des températures supérieures à 42 °C ont été effectivement détruits. En résumé, le temps d’exposition des plantes aux micro-ondes joue un rôle majeur dans l’efficacité de cette méthode. Plus l’exposition aux MWT est longue, meilleur est le contrôle. Plus les rhizomes sont minces, plus l’élimination in vitro des rhizomes MWT est efficace.

Introduction

La renouée du Japon (Reynoutria japonica Houtt.) est l’une des sept espèces végétales envahissantes qui menacent l’environnement naturel en Pologne¹. Cette plante, en dehors de son aire de répartition d’origine, présente un large éventail d’habitats allant des habitats anthropiques, y compris les talus de chemin de fer, les bords de routes, les parcs, les cimetières, les jardins familiaux, divers types de friches urbaines et postindustrielles aux friches naturelles, par exemple les lisières de forêts, les berges des rivières, les fourrés. On peut aussi parfois le trouver dans les zones agricoles. Il s’adapte bien à divers types de sols au pH variable, de l’acide à légèrement alcalin ^2,3. Il présente une grande tolérance aux températures élevées, à la salinité, aux inondations périodiques et à la sécheresse². Il est également très résistant à la contamination des sols, y compris les composés soufrés⁴. La renouée menace gravement la nature et contribue à la diminution de la richesse en espèces végétales. Ils entrent en concurrence avec les espèces indigènes, empêchant leur régénération par une croissance rapide et limitant l’accès à la lumière⁵. Ils affectent alléopathiquement d’autres plantes et provoquent des modifications dans les propriétés physiques et chimiques du sol. De plus, ils affectent négativement l’économie humaine en limitant la visibilité le long des routes, en détruisant la protection contre les inondations, en réduisant l’attractivité des zones d’investissement et touristiques, et en causant des pertes économiques associées à leur contrôle ^6,7.

De nombreuses tentatives ont été faites pour lutter contre la renouée du Japon, principalement à l’aide d’herbicides synthétiques tels que le glyphosate ou le 2,4-D⁸. Cependant, en raison d’effets environnementaux défavorables, cette méthode n’est pas recommandée pour la plupart des sites occupés par la renouée. D’autre part, les méthodes mécaniques impliquent une tonte régulière des plantes, qui sont inefficaces en raison du système profond de rhizomes d’où émergent de nouvelles pousses⁹. Une solution intéressante consiste à utiliser des filets denses qui limitent la croissance de la renouée, mais cette méthode a également des limites en raison d’éventuels dommages au filet ou aux pousses poussant en dehors de sa zone. Par conséquent, des méthodes latérales de lutte contre cette espèce sont recherchées. L’une de ces méthodes peut être l’utilisation de micro-ondes¹⁰.

Les micro-ondes sont des ondes électromagnétiques dont les fréquences sont comprises entre 0,3 GHz et 300 GHz et les longueurs d’onde de 1 m à 0,001 m. Le rayonnement micro-ondes est invisible à l’œil humain. Le spectre électromagnétique d’un four à micro-ondes se situe dans la gamme du rayonnement infrarouge et des radiofréquences¹¹. Sur la large gamme de fréquences micro-ondes, seules quelques-unes sont destinées à des applications médicales ou industrielles. Les règlements de la Federal Communications Commission spécifient l’utilisation de fréquences micro-ondes spécifiques. Les micro-ondes sont transmises à travers des matériaux électriquement neutres tels que le papier, le verre, la céramique et la plupart des plastiques et sont réfléchies par les métaux. Dans le matériau absorbant, ils génèrent de la chaleur¹². Le champ électromagnétique aux fréquences micro-ondes fournit principalement de l’énergie aux organismes vivants dans sa gamme. L’effet thermique consiste à augmenter la température corporelle en raison de l’absorption d’une certaine énergie par le corps. La fréquence appropriée, l’intensité du champ et la capacité de l’organisme à se thermoréguler sont nécessaires pour augmenter la température des tissus. Cela dépend également du moment de l’exposition et du type de tissu. Lorsqu’un niveau critique de chaleur tissulaire est dépassé, la dénaturation des protéines se produit¹³.

Le rayonnement micro-ondes est utilisé dans les sciences naturelles depuis de nombreuses années. Il est utilisé, par exemple, pour chauffer l’air dans les serres¹⁴, désinfecter le sol 15,16,17 et sécher les fruits et légumes 18,19,20. Les micro-ondes peuvent également détruire les insectes ravageurs des plantes cultivées 21,22,23 ou les mauvaises herbes au stade de semis ²⁴. Des études récentes indiquent également la grande efficacité de la méthode par micro-ondes dans la lutte contre la berce du Caucase envahissante^10,25.

L’appareil HOGWEED a été construit à la Faculté de foresterie de l’Université d’agriculture de Cracovie²⁶. Il a son entraînement et se déplace sur un châssis à chenilles, qui peut être utilisé dans des zones difficiles d’accès. Un tel système d’entraînement n’endommage pas le sol car les chenilles en caoutchouc exercent de faibles pressions unitaires sur le terrain. Une télécommande radio contrôle le véhicule à distance. L’appareil a été construit pour étudier l’effet des micro-ondes sur les mauvaises herbes envahissantes dans les écosystèmes naturels.

L’étude vise à déterminer l’efficacité du rayonnement micro-ondes avec une onde de 2,45 GHz, une puissance de 800 W et un temps de fonctionnement supposé (de 15 à 25 min) pour contrôler la croissance des plantes de renouée du Japon (Reynoutria japonica Houtt.) sur le terrain à l’aide du dispositif HOGWEED. L’étude vise également à déterminer l’élimination des rhizomes dans des conditions de laboratoire à l’aide d’un appareil à micro-ondes commercial. L’élimination est importante pour la gestion sécuritaire des déchets végétaux envahissants afin qu’ils ne menacent pas la sécurité environnementale.

Protocole

Nous avons mené l’expérience sur le terrain en utilisant une population de renouée du Japon envahissante (Reynoutria japonica Houtt.) localisée à Cracovie (50,04 N, 19,63 E) sous l’accord écrit et la supervision du Conseil municipal de verdure de Cracovie, qui gère cette zone.

1. Contrôle sur le terrain de la renouée du Japon à l’aide d’un appareil spécialisé émettant des micro-ondes

1. Construisez l’émetteur micro-ondes à l’aide d’un magnétron, qui génère des ondes à une fréquence de 2,45 GHz et une puissance de 800 W. Maintenez la zone d’ouverture de l’antenne cornet à 0,024254 m² (134 mm x 181 mm) et la densité de puissance des micro-ondes à 32,8 kW/m². Fabriquez le guide d’ondes et l’antenne de quatre feuilles de laiton de 1 mm d’épaisseur et assemblez-les avec de la soudure douce. Assurez-vous que la face intérieure de la plaque en feuille est recouverte d’argent pour augmenter la conductivité de la surface métallique²⁶.
2. Effectuer un contrôle par micro-ondes de la renouée du Japon pendant sa période de croissance intensive lorsque les plantes mesurent environ 0,5 à 1,0 m de haut.
3. Comptez le nombre de pousses de renouée aérienne par 1 m². Coupez toutes les parties aériennes des plantes à l’aide d’une tondeuse à main à environ 4 cm au-dessus de la surface du sol.
4. Retirez mécaniquement les feuilles sèches de la surface à l’aide d’un souffleur de feuilles pour éviter de brûler pendant le traitement au micro-ondes.
5. Enregistrez la température de la surface préparée avant le traitement avec la caméra thermique.
6. Placez l’émetteur de micro-ondes sur la surface préparée sur les pousses en son centre et poussez-le légèrement pour qu’il adhère fermement au sol. Émettez des micro-ondes en appuyant sur un bouton de la machine et effectuez le traitement pendant 25 min, 20 min et 15 min pour une surface de 268 mm x 362 mm de dimensions.
7. Enregistrez la température de la surface traitée avec la caméra thermique.
8. Pour les commandes, utilisez des surfaces sur lesquelles les parties au-dessus du sol ne sont coupées mécaniquement qu’à l’aide d’une tondeuse à main à environ 4 cm au-dessus du sol (commande 1 - tondue), et les rhizomes sont creusés à une profondeur d’environ 30 cm (commande 2 - creuser). Pour aider à déterrer les rhizomes, utilisez d’abord un compresseur mobile avec une buse à jet étroit, puis retirez les rhizomes visibles à l’aide d’un coupe-métal.
9. Vérifiez chaque mois la croissance des plantes dans la zone de recherche et comparez-la avec les deux zones de contrôle au cours des prochains mois jusqu’au mois de croissance intensive des plantes, par exemple de juillet à mai. Comptez manuellement et documentez photographiquement le nombre de nouvelles pousses de renouée.

2. Élimination in vitro des rhizomes de renouée du Japon à l’aide de micro-ondes

1. En tant que source micro-ondes, utilisez un appareil à chambre commercial d’une fréquence de 2,45 GHz et d’une puissance de 800 W, avec une capacité à commande électrique de 28 L.
2. Déterrez les rhizomes de renouée du Japon à une profondeur allant jusqu’à 30 cm et coupez-les en sections de 28 cm à l’aide de cisailles.
3. Divisez le rhizome en trois classes d’épaisseur, à l’aide d’un pied à coulisse pour mesurer le plus grand diamètre du rhizome. Donnez le résultat de la mesure en centimètres à deux décimales. À l’aide d’une règle de dessin, calculez le résultat en centimètres à une décimale. Classe I jusqu’à 1,00 cm ; Classe II 1,01-2,00 cm ; Classe III au-dessus de 2,01 cm.
4. Choisissez dix rhizomes représentatifs par classe d’épaisseur. Pesez la masse fraîche des rhizomes à l’aide d’une balance. Exprimez les résultats en g au centième près.
5. Placez les rhizomes dans un four à micro-ondes et passez-les au micro-ondes pendant 60 s. Immédiatement après le traitement par micro-ondes, prenez un thermogramme avec la caméra thermique pour déterminer la température à laquelle un rhizome donné s’est réchauffé.
6. Pesez à nouveau les rhizomes cuits au micro-ondes après le traitement au micro-ondes lorsqu’ils refroidissent à température ambiante.
7. Prenez huit rhizomes supplémentaires pour déterminer leur humidité et leur masse sèche. Pesez les rhizomes avant de les placer dans le séchoir de laboratoire à 105 °C pendant 2 jours. Après ce temps, pesez-les à nouveau.
8. Déterminez la température des rhizomes à partir des thermogrammes de la caméra thermique. Déterminez la température moyenne, maximale et minimale d’une zone ou d’une section marquée. Dans cette expérience, chaque rhizome a été divisé en 5 points-ellipses équidistants d’une zone d’environ 2 cm qui ne s’étendait pas au-delà du contour du rhizome. Ensuite, calculez la température moyenne, maximale et minimale de chaque rhizome à partir des 5 points.
9. Placez les rhizomes cuits au micro-ondes individuellement sur des plateaux tapissés de coton stérile. Assurez-vous qu’un plateau contient des rhizomes de la même classe d’épaisseur. Utilisez des plateaux séparés pour les rhizomes de contrôle.
10. Arrosez les plateaux avec de l’eau du robinet. Couvrir d’une feuille alimentaire incolore pour réduire la perte d’eau. Placez les plateaux dans un endroit ombragé, surveillez-les et remplissez-les d’eau si nécessaire. Effectuer une surveillance jusqu’à ce que de nouvelles pousses soient observées ou qu’une décomposition visible des tissus se produise, par exemple pendant 14 jours.
11. Pour les rhizomes qui survivent et développent de nouvelles pousses, effectuez une analyse supplémentaire de leur température sur toute la longueur du rhizome.

Résultats

Lutte contre la renouée du Japon au champ à l’aide d’un appareil spécialisé émettant des micro-ondes
Le nombre moyen de pousses par 1^m2 de la zone traitée au micro-ondes était de 27. La figure 1 montre le nombre moyen de pousses par 1 m² qui ont poussé après un traitement par micro-ondes pendant 11 mois après l’exposition aux micro-ondes. Aucune nouvelle pousse de renouée n’est apparue dans les zon...

Discussion

L’efficacité de la lutte contre la renouée du Japon (Reynoutria japonica Houtt.) à l’aide du dispositif construit et l’élimination des rhizomes de renouée à l’aide d’un four à micro-ondes commercial ont été démontrées. Les deux appareils émettaient des micro-ondes à une fréquence de 2,45 GHz et une puissance de 800 W.

Il a été observé que plus l’exposition des plantes de renouée au rayonnement micro-ondes est longue, plus...

matériels

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