Controle e descarte de Knotweed japonês invasor Reynoutria japonica Houtt. Usando o tratamento de microondas

Resumo

Este protocolo fornece um método para controle de microondas de knotweed japonês no campo e descarte de rizomas desenterrados em condições de laboratório. As vantagens e desvantagens de ambos os métodos são discutidas. Futuras direções de pesquisa também são sugeridas para otimizar o uso de microondas para controlar a knotweed japonesa.

Resumo

O estudo tem como objetivo avaliar a eficácia do tratamento com microondas (MWT) a uma frequência de 2,45 GHz e uma potência de 800 W para controlar a knotweed japonesa (Reynoutria japonica Houtt.) usando um dispositivo autopropelido que foi construído na instalação interna. O MWT foi aplicado na população de campo de knotweed em julho de 2022. Primeiro, as plantas foram movidas mecanicamente da área de 1 m^{2 e,} em seguida, os brotos cortados com cerca de 4 cm de altura foram tratados com micro-ondas por 25 min, 20 min e 15 min. Os tratamentos testemunhas foram: 1) apenas plantas cortadas e 2) rizomas escavados até 30 cm de profundidade. A eficácia dos tratamentos com microondas foi observada nos 11 meses seguintes por meio da contagem do número de brotos recém-crescidos. Os resultados mostraram que um MWT de 25 min foi 100% eficaz na perda de vitalidade da knotweed japonesa, enquanto um tratamento de microondas MWT de 15 min estimulou o crescimento das plantas em cerca de 50%, em comparação com os controles. Os rizomas foram escavados em um experimento in vitro separado para testes de laboratório. Os rizomas foram categorizados por espessura e submetidos a um TCm de 60 s usando um micro-ondas comercial, após o qual sua temperatura e vitalidade foram avaliadas. A temperatura dos rizomas após o MWT dependeu de sua espessura. Os rizomas que aqueceram a temperaturas acima de 42 ° C foram efetivamente destruídos. Resumindo, o tempo que as plantas são expostas a microondas desempenha um papel importante na eficácia desse método. Quanto maior a exposição ao MWT, melhor o controle. Quanto mais finos os rizomas, mais eficaz é o descarte in vitro dos rizomas MWT.

Introdução

A knotweed japonesa (Reynoutria japonica Houtt.) é uma das sete espécies de plantas invasoras que ameaçam o ambiente natural na Polônia¹. Esta planta, fora de sua área original, exibe um amplo espectro de habitats, desde habitats antropogênicos, incluindo aterros ferroviários, margens de estradas, parques, cemitérios, hortas domésticas, vários tipos de terrenos baldios urbanos e pós-industriais até naturais, por exemplo, bordas de florestas, margens de rios, matagais. Às vezes, também pode ser encontrado em áreas agrícolas. Lida bem com vários tipos de solos com pH variado, desde ácidos a ligeiramente alcalinos ^2,3. Apresenta alta tolerância a altas temperaturas, salinidade, inundações periódicas e secas². Também é muito resistente à contaminação do solo, incluindo compostos de enxofre⁴. Knotweed ameaça seriamente a natureza e contribui para o declínio da riqueza de espécies de plantas. Eles competem efetivamente com as espécies nativas, impedindo sua regeneração por meio do crescimento rápido e limitando o acesso à luz⁵. Eles afetam outras plantas aleopaticamente e causam alterações nas propriedades físicas e químicas do solo. Além disso, afetam negativamente a economia humana, limitando a visibilidade ao longo das estradas, destruindo a proteção contra inundações, reduzindo a atratividade de áreas de investimento e turísticas e causando perdas econômicas associadas ao seu controle ^6,7.

Muitas tentativas foram feitas para controlar a knotweed japonesa, principalmente usando herbicidas sintéticos como o glifosato ou o 2,4-D⁸. No entanto, devido aos efeitos ambientais desfavoráveis, este método não é recomendado para a maioria dos locais ocupados por knotweed. Por outro lado, os métodos mecânicos envolvem o corte regular das plantas, que são ineficazes devido ao sistema profundo de rizomas dos quais emergem novos brotos⁹. Uma solução interessante é usar redes densas que limitam o crescimento da knotweed, mas esse método também tem limitações devido a possíveis danos à rede ou brotos que crescem fora de sua área. Portanto, métodos laterais de controle desta espécie são buscados. Um desses métodos pode ser o uso de microondas¹⁰.

As microondas são ondas eletromagnéticas com frequências de 0,3 GHz a 300 GHz e comprimentos de onda de 1 m a 0,001 m. A radiação de microondas é invisível ao olho humano. O espectro eletromagnético de um forno de microondas está dentro da faixa de radiação infravermelha e frequências de rádio¹¹. Da ampla gama de frequências de micro-ondas, apenas algumas são destinadas a aplicações médicas ou industriais. Os regulamentos da Federal Communications Commission especificam o uso de frequências específicas de microondas. As microondas são transmitidas através de materiais eletricamente neutros, como papel, vidro, cerâmica e a maioria dos plásticos, e são refletidas por metais. No material absorvente, eles causam a geração de calor¹². O campo eletromagnético nas frequências de microondas fornece energia principalmente para organismos vivos dentro de sua faixa. O efeito térmico consiste em aumentar a temperatura corporal devido à absorção de alguma energia pelo corpo. A frequência apropriada, a intensidade do campo e a capacidade do organismo de termorregular são necessárias para aumentar a temperatura do tecido. Também depende do tempo de exposição e do tipo de tecido. Quando um nível crítico de calor tecidual é excedido, ocorre a desnaturação da proteína¹³.

A radiação de microondas tem sido usada nas ciências naturais há muitos anos. É usado, por exemplo, para aquecer o ar em estufas¹⁴, desinfetar o solo 15,16,17 e secar frutas e vegetais 18,19,20. As microondas também podem destruir pragas de insetos de plantas cultivadas 21,22,23 ou ervas daninhas em um estágio de muda ²⁴. Estudos recentes também indicam a alta eficácia do método de micro-ondas no combate à hogweed invasora de Sosnowsky ^10,25.

O dispositivo HOGWEED foi construído na Faculdade de Silvicultura da Universidade de Agricultura de Cracóvia²⁶. Ele tem seu acionamento e se move em um chassi de lagarta, que pode ser usado em áreas de difícil acesso. Esse sistema de acionamento não danifica o solo porque as esteiras de borracha exercem baixas pressões unitárias no terreno. Um controle remoto via rádio controla remotamente o veículo. O dispositivo foi construído para estudar o efeito das microondas em ervas daninhas invasoras em ecossistemas naturais.

O estudo tem como objetivo determinar a eficácia da radiação de microondas com uma onda de 2,45 GHz, uma potência de 800 W e um tempo de operação assumido (de 15-25 min) para controlar o crescimento de plantas de knotweed japonesas (Reynoutria japonica Houtt.) no campo usando o dispositivo HOGWEED. O estudo também visa determinar o descarte de rizomas em condições de laboratório usando um dispositivo comercial de micro-ondas. O descarte é importante no gerenciamento seguro de resíduos de plantas invasoras para que não ameace a segurança ambiental.

Protocolo

Conduzimos o experimento de campo usando uma população de campo de knotweed japonês invasor (Reynoutria japonica Houtt.) localizado em Cracóvia (50,04 N, 19,63 E) sob o acordo escrito e supervisão do Conselho Municipal de Vegetação de Cracóvia, que administra esta área.

1. Controle de campo de knotweed japonês usando um dispositivo especializado que emite microondas

1. Construa o emissor de micro-ondas usando um magnetron, que gera ondas a uma frequência de 2,45 GHz e uma potência de 800 W. Mantenha a área de abertura da antena buzina em 0,024254 m² (134 mm x 181 mm) e a densidade de potência do micro-ondas em 32,8 kW / m². Faça o guia de ondas e a antena de quatro folhas de latão de 1 mm de espessura e junte-as com solda macia. Certifique-se de que o lado interno da chapa seja revestido de prata para aumentar a condutividade da superfície metálica²⁶.
2. Realize o controle de microondas da knotweed japonesa durante seu período de crescimento intensivo, quando as plantas estão em torno de 0,5-1,0 m de altura.
3. Conte o número de brotos de knotweed acima do solo por 1 m². Corte todas as partes acima do solo das plantas usando um cortador manual aproximadamente 4 cm acima da superfície do solo.
4. Remova mecanicamente as folhas secas da superfície usando um soprador de folhas para evitar queimaduras durante o tratamento de micro-ondas.
5. Registre a temperatura da superfície preparada antes do tratamento com a câmera térmica.
6. Coloque o emissor de micro-ondas na superfície preparada sobre os brotos em seu centro e empurre-o levemente para aderir firmemente ao solo. Emita micro-ondas pressionando um botão na máquina e realize o tratamento por 25 min, 20 min e 15 min para uma superfície de dimensões de 268 mm x 362 mm.
7. Registre a temperatura da superfície tratada com a câmera térmica.
8. Para controles, use superfícies nas quais as partes acima do solo sejam cortadas apenas mecanicamente usando um cortador manual a cerca de 4 cm acima do solo (controle 1 - cortado), e os rizomas são escavados a uma profundidade aproximada de 30 cm (controle 2 - escavação). Para ajudar a desenterrar os rizomas, use primeiro um compressor móvel com um bico de fluxo estreito e, em seguida, retire os rizomas visíveis com a ajuda de um cortador de metal.
9. Verifique o crescimento das plantas na área de pesquisa mensalmente e compare-o com as duas áreas de controle durante os próximos meses até o mês de crescimento intensivo das plantas, por exemplo, de julho a maio. Conte manualmente e documente fotograficamente o número de novos brotos de knotweed.

2. Descarte in vitro de rizomas de knotweed japonês usando microondas

1. Como fonte de micro-ondas, use um dispositivo de câmara comercial com frequência de 2.45 GHz e potência de 800 W, com capacidade controlada eletricamente de 28 L.
2. Desenterre rizomas de knotweed japoneses de uma profundidade de até 30 cm e corte-os em seções de 28 cm usando uma tesoura.
3. Divida o rizoma em três classes de espessura, usando um paquímetro para medir o maior diâmetro do rizoma. Dê o resultado da medição em centímetros com duas casas decimais. Use uma régua de desenho para calcular o resultado em centímetros com uma casa decimal. Classe I até 1,00 cm; Classe II 1,01-2,00 cm; Classe III acima de 2,01 cm.
4. Escolha dez rizomas representativos por classe de espessura. Pese a massa fresca dos rizomas com uma balança. Expresse os resultados em g com duas casas decimais.
5. Coloque os rizomas em um forno de micro-ondas e leve ao micro-ondas por 60 s. Imediatamente após o tratamento com micro-ondas, faça um termograma com a câmera termográfica para determinar a temperatura a que um determinado rizoma esquentou.
6. Pese os rizomas no micro-ondas novamente após o tratamento com micro-ondas, quando esfriarem até a temperatura ambiente.
7. Pegue mais oito rizomas para determinar sua umidade e massa seca. Pesar os rizomas antes de os colocar no secador de laboratório a 105 °C durante 2 dias. Após esse tempo, pese-os novamente.
8. Determine a temperatura dos rizomas com base nos termogramas da câmera termográfica. Determine a temperatura média, máxima e mínima de uma área ou seção marcada. Neste experimento, cada rizoma foi dividido em 5 pontos-elipses igualmente espaçados de uma área de cerca de 2 cm que não se estendia além do contorno do rizoma. Em seguida, calcule a temperatura média, máxima e mínima de cada rizoma a partir dos 5 pontos.
9. Coloque os rizomas no micro-ondas individualmente em bandejas forradas com algodão estéril. Certifique-se de que uma bandeja contenha rizomas da mesma classe de espessura. Use bandejas separadas para os rizomas de controle.
10. Regue as bandejas com água da torneira. Cubra com papel alumínio incolor para reduzir a perda de água. Coloque as bandejas em uma área sombreada, monitore-as e cubra com água quando necessário. Realize o monitoramento até que novos brotos sejam observados ou ocorra uma deterioração visível dos tecidos, por exemplo, por 14 dias.
11. Para os rizomas que sobrevivem e desenvolvem novos brotos, realize análises adicionais de sua temperatura ao longo de todo o comprimento do rizoma.

Resultados

Controle de campo de knotweed japonês usando um dispositivo especializado emissor de microondas
O número médio de brotos por 1 m² da área tratada com micro-ondas foi de 27. A Figura 1 mostra o número médio de brotos por 1 m² que cresceram após o tratamento com micro-ondas por 11 meses após a exposição ao micro-ondas. Nenhum novo broto de knotweed apareceu em áreas tratadas com microondas por 25 min. Em com...

Discussão

A eficácia do controle da knotweed japonesa (Reynoutria japonica Houtt.) usando o dispositivo construído e o descarte de rizomas de knotweed usando um forno de micro-ondas comercial foram demonstrados. Ambos os dispositivos emitiam microondas a uma frequência de 2,45 GHz e uma potência de 800 W.

Observou-se que quanto maior a exposição das plantas de knotweed à radiação de microondas, menor e posterior sua regeneração. Na knotweed japonesa,...

Materiais

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