侵略的なイタドリ Reynoutria japonica Houttの制御と処分。マイクロ波処理の使用

要約

このプロトコルは、野外でのイタドリのマイクロ波制御と、実験室条件での掘り出された根茎の処分の方法を提供します。両方の方法の長所と短所について説明します。また、イタドリの防除のためのマイクロ波の使用を最適化するための今後の研究の方向性も示唆されています。

要約

本研究は、自社施設に設置した自走式装置を用いて、周波数2.45GHz、電力800Wのマイクロ波処理(MWT)によるイタドリの防除効果を評価することを目的としています。MWTは、2022年7月にイタドリの野外個体群に適用されました。まず、^1m2の領域から植物を機械的に移動させ、次に高さ4cm前後の刈り取ったシュートを25分、20分、15分とマイクロ波処理しました。対照処理は、1)植物のみを刈り取り、2)根茎を深さ30cmまで掘り出しました。マイクロ波処理の有効性は、新たに成長した新芽の数を数えることにより、次の11か月間観察されました。その結果、25分間のMWTはイタドリの活力喪失に100%有効であり、15分間のMWTマイクロ波処理は対照群と比較して植物の成長を約50%刺激することが示されました。根茎は、実験室試験のために別のin vitro実験で掘り出されました。根茎を厚さで分類し、市販のマイクロ波を使用して60秒MWTにかけた後、その温度と活力を評価しました。MWT後の根茎の温度は、その厚さに依存していました。42°Cを超える温度に温まった根茎は、事実上破壊されました。まとめると、植物がマイクロ波にさらされる時間は、この方法の有効性に大きな役割を果たします。MWTへの曝露が長ければ長いほど、制御性が向上します。根茎が細いほど、in vitro MWT根茎の処分はより効果的です。

概要

イタドリ(Reynoutria japonica Houtt.)は、ポーランド1の自然環境を脅かす7つの外来植物種の1^つです。この植物は、元の範囲外にあり、鉄道の堤防、道端、公園、墓地、家庭菜園、さまざまな種類の都市および産業化後の荒れ地から、森林の端、川岸、茂みなどの自然のものまで、人為的な生息地から幅広い生息地を示しています。また、農業地帯でも見かけることがあります。酸性から弱アルカリ性まで、さまざまなpHのさまざまな種類の土壌にうまく対処します^2,3。高温、塩分、定期的な洪水、干ばつに対して高い耐性を示します²。また、硫黄化合物⁴を含む土壌汚染に対しても非常に耐性があります。イタドリは自然を深刻に脅かし、植物種の豊富さの低下に貢献しています。彼らは在来種と効果的に競争し、急速な成長を通じて再生を防ぎ、光のアクセスを制限します⁵。それらは他の植物にアレオパシーで影響を及ぼし、土壌の物理的および化学的特性に変化を引き起こします。さらに、道路沿いの視界を制限し、洪水防御を破壊し、投資や観光地の魅力を低下させ、その制御に関連する経済的損失を引き起こすことにより、人間の経済に悪影響を及ぼします^6,7。

イタドリの防除には、主にグリホサートや2,4-D⁸などの合成除草剤を用いて多くの試みがなされてきました。ただし、環境への影響が悪いため、この方法はイタドリが占めるほとんどの場所にはお勧めできません。一方、機械的な方法は、植物の定期的な刈り取りを伴いますが、これは新しい芽が出現する根茎の深いシステムのために効果がありません⁹。興味深い解決策は、イタドリの成長を制限する密なネットを使用することですが、この方法には、ネットが損傷したり、その領域外で成長するシュートの可能性があるため、制限もあります。したがって、この種を横方向に制御する方法が求められています。そのような方法の一つは、マイクロ波¹⁰を使用することであり得る。

マイクロ波は、周波数が0.3GHz〜300GHz、波長が1m〜0.001mの電磁波です。マイクロ波放射は人間の目には見えません。電子レンジの電磁スペクトルは、赤外線放射と無線周波数¹¹の範囲内にあります。幅広いマイクロ波周波数のうち、医療または産業用途向けのものはごくわずかです。連邦通信委員会の規制では、特定のマイクロ波周波数の使用が規定されています。マイクロ波は、紙、ガラス、セラミック、およびほとんどのプラスチックなどの電気的に中性な材料を介して透過され、金属によって反射されます。吸収材中では、発熱させる¹²。マイクロ波周波数の電磁界は、主にその範囲内の生物にエネルギーを供給します。熱効果は、体が何らかのエネルギーを吸収することにより、体温が上昇することで構成されています。組織の温度を上げるには、適切な周波数、電界強度、および生物の体温調節能力が必要です。また、曝露時間や組織の種類にも依存します。臨界組織の熱レベルを超えると、タンパク質の変性が起こる¹³。

マイクロ波放射は、長年にわたって自然科学で使用されてきました。例えば、温室¹⁴内の空気の加熱、土壌^{消毒15、16、17}、果物や野菜^18、19、20の乾燥に用いられる。マイクロ波はまた、作物植物^21、22、23の害虫や苗木^段階24の雑草を破壊することもできる。最近の研究では、侵略的なソスノフスキーのホグウィード^10,25と戦うためのマイクロ波法の高い有効性も示しています。

装置HOGWEEDは、クラクフ²⁶の農業大学の林学部で作られました。それはドライブを持っており、アクセスが困難な場所で使用できるキャタピラーシャーシ上を移動します。このような駆動システムは、ゴム製のトラックが地形に低単位圧力をかけるため、地面に損傷を与えません。ラジオリモコンで車両を遠隔操作します。この装置は、自然生態系の侵入雑草に対するマイクロ波の影響を研究するために構築されました。

本研究は、HOGWEED装置を用いて、野外でイタドリ(Reynoutria japonica Houtt.)の生育を制御するために、波動2.45GHz、電力800W、想定運転時間(15-25分)のマイクロ波放射の有効性を明らかにすることを目的としています。この研究は、市販のマイクロ波デバイスを使用して、実験室条件での根茎の処分を決定することも目的としています。環境安全性を脅かさないように、侵略的な植物廃棄物を安全に管理するためには、廃棄が重要です。

プロトコル

本研究では、クラクフ(北緯50.04度、東経19.63度)に生息する外来イタドリ(Reynoutria japonica Houtt.)の野外個体群を用いて、この地域を管理するクラクフ市緑化局との書面による合意と監督の下、野外実験を行った。

1. マイクロ波を放射する専用装置を用いたイタドリの圃場制御

1. 2.45 GHzの周波数と800 Wの電力で波を生成するマグネトロンを使用してマイクロ波エミッタを構築します。ホーンアンテナの開口面積を0.024254 m² (134 mm x 181 mm)に保ち、マイクロ波電力密度を32.8 kW / m²に保ちます。1mm厚の真鍮板を4枚作る導波管とアンテナを、軟質はんだで接合します。シートプレートの内側が銀コーティングされていることを確認して、金属表面^{の導電性を高めます26}。
2. イタドリの草丈が0.5〜1.0m程度の集中的な成長期に、イタドリのマイクロ波防除を行います。
3. 1m²あたりの地上イタドリの芽の数を数えます。地面から約4cmの手芝刈り機を使用して、植物のすべての地上部分を切り取ります。
4. 乾燥した葉をリーフブロワーで表面から機械的に取り除き、マイクロ波処理時の火傷を防ぎます。
5. 処理前に準備した表面の温度をサーマルカメラで記録します。
6. マイクロ波エミッターをその中央のシュートの準備された面に置き、地面にしっかりと接着するように少し押します。機械のボタンを押してマイクロ波を放射し、268mm×362mmの寸法の表面に対して25分、20分、15分の処理を行います。
7. 処理された表面の温度をサーマルカメラで記録します。
8. コントロールには、地上部分が地上から約4cmの手芝刈り機を使用して機械的に切断された表面を使用し(コントロール1-刈り取り)、根茎は約30cmの深さまで掘り出されます(コントロール2-掘り出します)。根茎を掘り出すには、最初にナローストリームノズル付きのポータブルコンプレッサーを使用し、次に金属カッターを使用して目に見える根茎を引き出します。
9. 研究エリアの植物の成長を毎月チェックし、今後数か月から植物の集中的な成長の月、たとえば7月から5月までの2つの対照エリアと比較します。新しいイタドリの芽の数を手動で数え、写真に記録します。

2. マイクロ波を用いたイタドリ根茎の 体外 処分

1. マイクロ波源として、周波数2.45 GHz、電力800 W、電気的に制御された容量28 Lの商用チャンバーデバイスを使用します。
2. イタドリの根茎を最大30cmの深さから掘り出し、鋏を使って28cmのセクションに切ります。
3. 根茎を3つの厚さクラスに分割し、キャリパーを使用して根茎の最大直径を測定します。測定結果をセンチメートルから小数点以下2桁までで指定します。描画定規を使用して、結果をセンチメートルから小数点以下 1 桁まで計算します。クラスIは1.00cmまで。クラスII 1.01-2.00 cm;2.01cmを超えるクラスIII。
4. 厚さクラスごとに10個の代表的な根茎を選択します。根茎の新鮮な塊を天秤で量ります。結果を g から小数点以下 2 桁までで表します。
5. 根茎を電子レンジに入れ、60秒間電子レンジで加熱します。マイクロ波処理の直後に、赤外線カメラでサーモグラムを撮り、特定の根茎が加熱された温度を決定します。
6. マイクロ波処理後、室温まで冷えたら、マイクロ波で加熱した根茎を再度計量します。
7. さらに8つの根茎を取り、それらの水分と乾燥質量を決定します。根茎の秤量をしてから、105°Cの実験室乾燥機に2日間置きます。その後、再度体重を量ります。
8. 赤外線カメラのサーモグラムに基づいて根茎の温度を決定します。マークされた領域またはセクションの平均温度、最高温度、および最低温度を決定します。この実験では、各根茎を、根茎の輪郭を超えない約2cmの領域の5つの等間隔の点楕円に分割しました。次に、5つのポイントから各根茎の平均温度、最高温度、最低温度を計算します。
9. 電子レンジで加熱した根茎を、滅菌脱脂綿で裏打ちされたトレイに個別に置きます。1つのトレイに同じ厚さクラスの根茎が含まれていることを確認します。コントロール根茎には別々のトレイを使用してください。
10. 水道水でトレイに水をまきます。無色の食品ホイルで覆い、水分の損失を減らします。トレイを日陰の領域に置き、監視し、必要に応じて水で覆います。新しい芽が観察されるか、組織の目に見える崩壊が発生するまで、たとえば14日間、モニタリングを行います。
11. 生き残り、新しい芽を発達させる根茎については、根茎の全長に沿ってそれらの温度の追加分析を実行します。

結果

マイクロ波を放射する専用装置を用いたイタドリの野外防除
マイクロ波処理面積の^1m2あたりの平均シュート数は27本でした。図1は、マイクロ波曝露後11ヶ月間のマイクロ波処理後に増加した^1m2あたりの平均シュート数を示しています。25分間、電子レンジで処理した場所には新たなイタドリの芽は現れませんでし?...

ディスカッション

本装置を用いたイタドリ(Reynoutria japonica Houtt.)の防除と、市販の電子レンジを用いたイタドリ根茎の廃棄の有効性が実証された。どちらのデバイスも、周波数2.45GHz、電力800Wでマイクロ波を放射しました。

イタドリ植物がマイクロ波放射にさらされる時間が長いほど、それらの再生は遅く、後で起こることが観察されました。イタドリでは?...

資料

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