침입성 일본 호장근 Reynoutria japonica Houtt의 통제 및 폐기. 마이크로파 처리 사용

요약

이 프로토콜은 현장에서 일본 호장근의 마이크로파 제어 및 실험실 조건에서 파낸 뿌리 줄기의 처리 방법을 제공합니다. 두 방법의 장점과 단점에 대해 설명합니다. 향후 연구 방향은 일본 호장근을 방제하기 위해 마이크로파의 사용을 최적화하기 위해 제안됩니다.

초록

이 연구는 사내 시설에 구축된 자체 추진 장치를 사용하여 일본 호장근(Reynoutria japonica Houtt.)을 방제하기 위해 2.45GHz의 주파수와 800W의 전력에서 마이크로파 처리(MWT)의 효과를 평가하는 것을 목표로 합니다. MWT는 2022년 7월 호장근의 들판 개체군에 적용되었습니다. 먼저^1m2 면적에서 식물을 기계적으로 이동시킨 후 약 4cm 높이의 절단된 새싹을 25분, 20분, 15분 동안 마이크로파 처리했습니다. 방제 처리는 1) 식물만 자르고 2) 뿌리줄기를 30cm 깊이까지 파내는 것이었습니다. 마이크로파 처리의 효과는 새로 자란 새싹의 수를 세어 향후 11개월 동안 관찰되었습니다. 그 결과, 25분 MWT는 일본 호장근의 활력 상실에 100% 효과적이었으며, 15분 MWT 마이크로파 처리는 대조군에 비해 식물 성장을 약 50% 자극했습니다. 뿌리줄기는 실험실 테스트를 위해 별도의 시험관 실험에서 파냈습니다. 뿌리줄기는 두께에 따라 분류하고 상업용 마이크로파를 사용하여 60초 MWT를 거친 후 온도와 활력을 평가했습니다. MWT를 따르는 뿌리줄기의 온도는 두께에 따라 달랐습니다. 42 °C 이상의 온도로 따뜻해진 뿌리 줄기는 효과적으로 파괴되었습니다. 요약하면, 식물이 마이크로파에 노출되는 시간은 이 방법의 효과에 중요한 역할을 합니다. MWT에 더 오래 노출될수록 더 잘 제어할 수 있습니다. 뿌리줄기가 얇을수록 시험관 내 MWT 뿌리줄기 처리가 더 효과적입니다.

서문

호장근(Reynoutria japonica Houtt.)은 폴란드의 자연환경을 위협하는 7대 침입식물 중 하나이다¹. 이 식물은 원래 범위를 벗어나 철도 제방, 길가, 공원, 묘지, 가정 정원, 다양한 유형의 도시 및 후기 산업 황무지를 포함한 인위적 서식지에서 숲 가장자리, 강둑, 덤불과 같은 자연 서식지에 이르기까지 광범위한 서식지를 보여줍니다. 또한 때때로 농업 지역에서 발견 될 수 있습니다. 산성에서 약알칼리성 ^2,3에 이르기까지 다양한 pH를 가진 다양한 유형의 토양에 잘 대처합니다. 고온, 염분, 주기적인 홍수 및 가뭄에 대한 내성이 높습니다². 또한 황 화합물을 포함한 토양 오염에 매우 강합니다⁴. 호장근은 자연을 심각하게 위협하고 식물 종의 풍부도를 감소시키는 데 기여합니다. 그들은 토착 종과 효과적으로 경쟁하여 빠른 성장을 통해 재생을 방해하고 빛의 접근을 제한한다⁵. 그들은 다른 식물에 동종 요법으로 영향을 미치고 토양의 물리적 및 화학적 특성에 변화를 일으킵니다. 또한 도로를 따라 시야를 제한하고, 홍수 보호를 파괴하고, 투자 및 관광 지역의 매력을 감소시키고, 통제와 관련된 경제적 손실을 초래함으로써 인간 경제에 부정적인 영향을 미칩니다 ^6,7.

주로 글리포세이트 또는 2,4-D⁸과 같은 합성 제초제를 사용하여 일본 호장근을 방제하려는 많은 시도가 이루어졌습니다. 그러나 환경에 미치는 영향이 좋지 않기 때문에 이 방법은 호장근이 차지하는 대부분의 사이트에는 권장되지 않습니다. 다른 한편으로, 기계적인 방법은 식물을 정기적으로 깎는 것을 포함하는데, 이는 새로운 싹이 나오는 뿌리 줄기의 깊은 시스템으로 인해 효과적이지 않습니다⁹. 흥미로운 해결책은 호장근의 성장을 제한하는 조밀한 그물을 사용하는 것이지만 이 방법도 그물이 손상되거나 그 영역 밖에서 자라는 새싹으로 인해 제한이 있습니다. 따라서 이 종을 통제하는 측면 방법이 모색됩니다. 그러한 방법의 하나는 마이크로파⁽¹⁰)를 사용하는 것이다.

마이크로파는 주파수가 0.3GHz에서 300GHz이고 파장이 1m에서 0.001m인 전자기파입니다. 마이크로파 방사선은 사람의 눈에는 보이지 않습니다. 전자 레인지의 전자기 스펙트럼은 적외선 및 무선 주파수 범위 내에 있습니다¹¹. 광범위한 마이크로파 주파수 중 일부만이 의료 또는 산업 응용 분야를 위한 것입니다. 연방 통신 위원회(Federal Communications Commission) 규정은 특정 마이크로파 주파수의 사용을 지정합니다. 마이크로파는 종이, 유리, 세라믹 및 대부분의 플라스틱과 같은 전기적으로 중성적인 재료를 통해 전달되며 금속에 의해 반사됩니다. 흡수 물질에서 열을 발생시킵니다¹². 마이크로파 주파수의 전자기장은 주로 해당 범위 내의 살아있는 유기체에 에너지를 제공합니다. 열 효과는 신체가 일부 에너지를 흡수하여 체온을 높이는 것으로 구성됩니다. 적절한 주파수, 자기장 강도 및 유기체의 온도 조절 능력은 조직의 온도를 높이는 데 필요합니다. 또한 노출 시간과 조직의 유형에 따라 다릅니다. 임계 조직의 열 수준이 초과되면 단백질 변성이 발생합니다¹³.

마이크로파 방사선은 수년 동안 자연 과학에서 사용되어 왔습니다. 예를 들어, 온실¹⁴의 공기 가열, 토양^{소독 15,16,17} 및 과일 및 채소^건조 18,19,20에 사용됩니다. 마이크로파는 또한 농작물의 해충 21,22,23 또는 묘목 단계의 잡초²⁴를 파괴할 수 있습니다. 최근 연구는 또한 침입성 Sosnowsky의 돼지풀과 싸우는 데 마이크로파 방법의 높은 효과를 나타냅니다^10,25.

HOGWEED 장치는 Krakow²⁶에있는 농업 대학의 임업 학부에서 제작되었습니다. 그것은 드라이브가 있고 접근이 어려운 지역에서 사용할 수 있는 캐터필러 섀시에서 움직입니다. 이러한 구동 시스템은 고무 트랙이 지형에 낮은 단위 압력을 가하기 때문에지면을 손상시키지 않습니다. 무선 리모컨으로 차량을 원격 제어할 수 있습니다. 이 장치는 자연 생태계의 침입성 잡초에 대한 마이크로파의 영향을 연구하기 위해 제작되었습니다.

이 연구는 HOGWEED 장치를 사용하여 현장에서 일본 호장근 식물(Reynoutria japonica Houtt)의 성장을 제어하기 위해 2.45GHz의 파동, 800W의 전력 및 가정된 작동 시간(15-25분)으로 마이크로파 복사의 효과를 결정하는 것을 목표로 합니다. 이 연구는 또한 상업용 마이크로파 장치를 사용하여 실험실 조건에서 뿌리줄기의 처분을 결정하는 것을 목표로 합니다. 환경 안전을 위협하지 않도록 침입성 식물 폐기물을 안전하게 관리하기 위해서는 폐기가 중요합니다.

프로토콜

우리는 이 지역을 관리하는 크라쿠프 시 녹지 위원회(Kraków Municipal Greenery Board)와의 서면 합의 및 감독하에 크라쿠프(50.04 N, 19.63 E)에 국한된 침입성 일본 호장근(Reynoutria japonica Houtt.)의 현장 개체군을 사용하여 현장 실험을 수행했습니다.

1. 마이크로파를 방출하는 특수 장치를 사용한 일본 호장근의 현장 방제

1. 2.45GHz의 주파수와 800W의 전력에서 파동을 생성하는 마그네트론을 사용하여 마이크로파 이미터를 구축합니다. 혼 안테나의 조리개 면적을 0.024254m2(134mm x 181mm)로 유지하고 마이크로파 출력 밀도를 32.8kW/^m2로 유지합니다. 1mm 두께의 황동 시트 4개로 도파관과 안테나를 만들고 부드러운 땜납으로 결합합니다. 금속 표면의 전도성을 증가시키기 위해 시트 플레이트의 내부가 은으로 코팅되어 있는지 확인하십시오²⁶.
2. 일본 호장근의 집중적인 성장 기간 동안 식물의 높이가 약 0.5-1.0m일 때 마이크로파 제어를 수행합니다.
3. 1m² 당 지상 호장근 싹의 수를 세십시오. 지면에서 약 4cm 높이의 손 깎는 기계를 사용하여 식물의 모든 지상 부분을 자릅니다.
4. 마이크로파 처리 중 타는 것을 방지하기 위해 잎 송풍기를 사용하여 표면의 마른 잎을 기계적으로 제거합니다.
5. 열화상 카메라로 처리하기 전에 준비된 표면의 온도를 기록합니다.
6. 마이크로파 이미터를 준비된 표면의 중앙에 있는 싹에 놓고 약간 밀어 지면에 단단히 부착되도록 합니다. 기계의 버튼을 눌러 마이크로파를 방출하고 25mm x 20mm 치수의 표면에 대해 15분, 268분, 362분 동안 처리를 수행합니다.
7. 열화상 카메라로 처리된 표면의 온도를 기록합니다.
8. 제어의 경우 지상 부품이 지면에서 약 4cm 높이에서 핸드 모어를 사용하여 기계적으로만 절단되고(제어 1 - 잔디 깎기) 뿌리 줄기는 대략적인 30cm 깊이까지 파냅니다(제어 2 - 파기). 뿌리줄기를 파내는 데 도움이 되도록 먼저 좁은 흐름 노즐이 있는 이동식 압축기를 사용한 다음 금속 절단기를 사용하여 눈에 보이는 뿌리줄기를 빼냅니다.
9. 연구 영역에서 식물의 성장을 매월 확인하고 식물이 집중적으로 성장하는 달까지 향후 몇 개월 동안(예: 7월부터 5월까지) 두 통제 영역과 비교합니다. 새로운 호장근 싹의 수를 수동으로 계산하고 사진으로 문서화합니다.

2. 마이크로파를 이용한 일본 호장근 뿌리줄기의 체외 처분

1. 마이크로파 소스로 2.45GHz의 주파수와 800W의 전력, 28L의 전기 제어 용량을 가진 상업용 챔버 장치를 사용하십시오.
2. 호장근 뿌리줄기를 최대 30cm 깊이에서 파내고 가위를 사용하여 28cm 크기로 자릅니다.
3. 뿌리줄기를 세 가지 두께 등급으로 나누고 캘리퍼를 사용하여 뿌리줄기의 가장 큰 직경을 측정합니다. 센티미터 단위의 측정 결과를 소수점 이하 두 자리까지 제공합니다. 드로잉 눈금자를 사용하여 소수점 이하 한 자리까지 센티미터 단위로 결과를 계산합니다. 클래스 I은 최대 1.00cm입니다. 클래스 II 1.01-2.00cm; 2.01cm 이상의 클래스 III.
4. 두께 등급별로 10개의 대표 뿌리줄기를 선택합니다. 저울로 뿌리줄기의 신선한 질량을 잰다. 결과를 소수점 이하 두 자리까지 g로 표현합니다.
5. 뿌리줄기를 전자레인지에 넣고 60초 동안 전자레인지에 돌립니다. 마이크로파 처리 직후, 열화상 카메라로 서모그램을 촬영하여 주어진 뿌리줄기가 가열된 온도를 확인합니다.
6. 마이크로파 처리 후 마이크로파된 뿌리줄기를 실온으로 식히면 다시 무게를 잰다.
7. 추가로 8개의 뿌리줄기를 사용하여 수분과 건조 질량을 측정합니다. 뿌리줄기를 105°C의 실험실 건조기에 2일 동안 넣기 전에 무게를 잰다. 그 시간이 지나면 다시 무게를 잰다.
8. 열화상 카메라의 서모그램을 기준으로 뿌리줄기의 온도를 결정합니다. 표시된 영역 또는 섹션의 평균, 최대 및 최소 온도를 결정합니다. 이 실험에서 각 뿌리 줄기는 뿌리 줄기의 윤곽을 넘어 확장되지 않는 약 2cm 영역의 5 개의 동일한 간격의 점-타원으로 나뉘어졌습니다. 그런 다음 5개 점에서 각 뿌리줄기의 평균, 최대 및 최소 온도를 계산합니다.
9. 전자레인지에 넣은 뿌리줄기를 멸균 면봉이 깐 쟁반에 개별적으로 놓습니다. 하나의 트레이에 동일한 두께 등급의 뿌리줄기가 포함되어 있는지 확인합니다. 제어 뿌리 줄기를 위해 별도의 트레이를 사용하십시오.
10. 트레이에 수돗물을 뿌립니다. 수분 손실을 줄이기 위해 무색 식품 호일로 덮으십시오. 트레이를 그늘진 곳에 놓고 모니터링한 다음 필요할 때 물을 얹습니다. 새로운 싹이 관찰되거나 조직의 눈에 띄는 부패가 발생할 때까지(예: 14일 동안) 모니터링을 수행합니다.
11. 살아남아 새로운 싹이 자라는 뿌리줄기의 경우 전체 뿌리줄기 길이를 따라 온도에 대한 추가 분석을 수행합니다.

결과

마이크로파를 방출하는 특수 장치를 사용한 일본 호장근의 현장 제어
마이크로파 처리 영역의^1m2당 평균 발사 수는 27개였습니다. 그림 1은 마이크로파 노출 후 11개월 동안 마이크로파 처리 후 성장한^1m2당 평균 싹 수를 보여줍니다. 25분 동안 마이크로파로 처리된 지역에서 새로운 호장근 싹이 나타나지 않았습니다. 대...

토론

제작된 장치를 사용한 일본 호장근(Reynoutria japonica Houtt.) 방제와 상업용 전자레인지를 사용한 호장근 뿌리줄기 처리의 효과를 입증했습니다. 두 장치 모두 2.45GHz의 주파수와 800W의 전력으로 마이크로파를 방출했습니다.

호장근 식물이 마이크로파 방사선에 더 오래 노출될수록 재생이 낮아지고 나중에 재생되는 것이 관찰되었습니다. 일본 호장?...

자료

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