Методы борьбы с сорняками в агроэкосистемах в основном основаны на гербицидах, скашивании и обработке почвы. Электрическая борьба с сорняками, электропрополка, предлагает новую альтернативу, но насколько она эффективная по сравнению с гербицидами и не приведет ли к пожарам в засушливых условиях? Для ответов на эти вопросы был поставлен эксперимент на виноградниках в Западной Австралии.
Борьба с сорняками в традиционном винограднике в основном основана на использовании гербицидов. Однако чрезмерная зависимость от гербицидов приводит к экологическим (например, потеря биоразнообразия) и эволюционным (например, устойчивость к гербицидам) последствиям, что приводит к негативному общественному восприятию использования химикатов.
Альтернативные методы борьбы включают механические методы, такие как обработка почвы, скашивание/подрезка/выпас скота или ротационная прополка, а также мульчирование. Но применение обработки почвы сокращается, поскольку экологические проблемы (особенно связанные со здоровьем и структурой почвы) побуждают производителей внедрять методы ресурсосберегающего земледелия.
Электрический метод борьбы с сорняками представляет собой альтернативную тактику борьбы с ними, и в последние годы на рынок поступил целый ряд технологий для электрического контроля сорняков в сельском хозяйстве и на несельскохозяйственных территориях.
Плюсы электропрополки по сравнению с гербицидами включают отсутствие остатков химикатов в окружающей среде или продуктах питания, эффект применения не зависит от дождя, нет рисков при использовании в ветреную погоду из-за снова, кроме того, нет рисков выработки химической устойчивости и нецелевого воздействия на соседнюю растительность или водные пути.
К минусам относятся медленная скорость обработки и высокий расход топлива. Виды и морфология растений, вероятно, влияют на эффективность, поскольку эта технология основана на физическом контакте с электродами для пропускания тока через растение и корни.
В случае крупного растения проходящего тока может быть недостаточно для достижения полного контроля (т.е. «доза» тока может быть слишком низкой). Крупные ветвящиеся виды, такие как двудольные сорняки или однодольные сорняки, распространяющиеся столонами или корневищами менее восприимчивы к электроборьбе с сорняками. Однодольные виды дерновинных (кучковых) злаков или двудольные виды с одним стеблем и стержневым корнем будут иметь высокую восприимчивость. Взрослые растения также защищают более мелкие сорняки растения от контакта.
Возраст растений тоже играет роль, поскольку зрелые растения имеют большее содержание целлюлозы и лигнина в клеточных стенках, а также больше волосков или воска на эпидермисе, что повышает устойчивость к электрическому напряжению. Следовательно, сеянцы легче контролировать, чем взрослые растения, а однолетние сорняки легче контролировать, чем многолетние виды.
Тип почвы влияет на распространение тока от корней растений в окружающую почву и зависит от таких факторов, как содержание органических веществ, электропроводность и влажность почвы.
Погода повлияет на электропрополку, поскольку предполагается, что вода на эпидермисе растения во влажных условиях приводит к рассеиванию электрического тока. Часть тока будет проходить через воду на эпидермисе (оставаясь на внешней стороне растения), а не попадать внутрь растения и вызывать необходимые повреждения его клеток.
Однако следует отметить, что эффективность гербицидов также зависит от вида растений, их возраста, типа почвы и метеорологических условий.
В текущем исследовании была проведена оценка электрической машины для борьбы с сорняками (Zasso™ XPower) с аппликатором XPS для борьбы с сорняками на четырёх виноградниках в Западной Австралии (в 2022 и 2023 годах) в сравнении со кошением и применением гербицидов.
Этот швейцарский электропропольщик - один из примеров коммерчески доступной технологии электрической борьбы с сорняками, применимой в виноградарстве. Технология использует метод непрерывного контакта электрода с растением, при котором электрод контактирует с сорняком, и электрический ток передается через растение в корни и почву. Затем цепь замыкается, возвращая ток в машину через заземляющее устройство.
Более конкретно, трактор (New Holland TS100A) был оснащен электрической машиной для борьбы с сорняками Zasso™ XPower. Она состояла из установленного сзади блока питания XPower мощностью 36 кВт (с передачей мощности от коробки отбора мощности) и аппликатора XPS шириной 55 см, установленного по обе стороны от блока питания.
Каждый аппликатор включал в себя три массива электродов. Передний и задний массивы электродов на каждом аппликаторе являются статическими, шириной 30 см. Центральный массив электродов находится на выдвижном рычаге шириной 25 см. Общая ширина обработки аппликаторов составляет 1,1 м, то есть два аппликатора шириной 55 см. Они питаются от 12 инверторов (по 6 на каждый 55-сантиметровый аппликатор), каждый из которых обеспечивает максимальную мощность 3 кВт (т.е. всего 36 кВт). Устройство предназначено для борьбы с сорняками, растущими непосредственно рядом с рядами виноградных лоз.
Выдвижные рычаги выдвигаются под виноградные лозы и складываются, когда устройство проходит мимо ствола или опоры. Обратите внимание, что выдвижной рычаг аккуратно складывается вокруг лозы; при соприкосновении со стволами растения не повреждаются.
Электрические обработки против сорняков (обработка 36 кВт или 24 кВт) применялись к каждой стороне ряда виноградных лоз путем включения аппликатора XPS с одной стороны блока питания для перемещения вниз каждой стороны ряда, не затрагивая соседние ряды.
Таким образом, для обработки 36 кВт использовались шесть инверторов в одном аппликаторе для подачи в общей сложности 18 кВт на ширину 55 см. Для применения обработки 24 кВт два из шести высоковольтных инверторов на аппликаторе были отключены, чтобы оставить четыре инвертора, выдающие максимальную мощность 12 кВт (т. е. половину от 24 кВт).
Во время работы двигатель трактора работал на частоте 63 Гц (оптимальный уровень рабочей мощности). Производитель рекомендует использовать скорость от 1 до 3 км в ч для борьбы с сорняками, но также указывает, что контроль будет снижен, если сорняки густые, зрелые или влажные (все три условия имели место в текущих экспериментах).
Более низкая скорость обеспечивает большее время контакта с каждым растением, обеспечивая большую дозу электрического тока. В результате неоптимальных условий была выбрана низкая скорость подачи (от 1,1 до 1,4 км ч в1). Блок питания регистрирует скорость и выходную мощность каждого инвертора каждую секунду работы. Для каждого эксперимента скорость контролировалась, а мощность, выдаваемая в секунду, усреднялась по шести инверторам каждого аппликатора XPS. Хотя максимальная выходная мощность составляла 36 или 24 кВт, фактическая мощность, потребляемая аппликатором, зависит от покрытия сорняками и плотности, а мощность, применяемая к крупным густым сорнякам, больше, чем к мелким редким растениям
Тактика борьбы с сорняками применялась весной от распускания почек до момента, когда побеги винограда достигали приблизительно 10 см в длину на стадии роста EL 12.
При скорости применения от 1,1 до 1,4 км в ч, усредненной по четырем участкам, электрическая борьба с сорняками при 24 или 36 кВт снижала биомассу сорняков на 84% - 87%, гербицид уменьшал биомассу на 88%, а скашивание уменьшало биомассу на 65%.
Оценка нормализованного индекса вегетации виноградной лозы не выявила различий в развитии полога виноградной лозы (т. е. никаких признаков повреждения лоз) после каждой обработки.
Для оценки риска возгорания та же машина использовалась на отдельном участке поля для применения электрической борьбы с сорняками на голой земле с различным уровнем сухой биомассы растений – использовали ячменную солому и овсяное сено, по которым прогоняли электропропольщик.
Электрическая борьба с сорняками в присутствии полностью сухой биомассы растений действительно представляла значительный риск возгорания (в среднем 0,37 случаев дыма/пламени на кв м). Поэтому технология не подходит для использования в условиях жаркого климата, когда растительные остатки сухие. Однако применение этой технологии на виноградниках весной не привело к появлению признаков возгорания.
В средиземноморском климате борьба с сорняками в виноградарстве преимущественно проводится непосредственно перед распусканием почек весной или вскоре после этого, хотя гербициды могут применяться в течение всего года.
Однако лето и осень в Австралии жаркие и сухие, а в южной части Австралии изменение климата привело к повышению средних температур, более длительным волнам тепла и более частым лесным пожарам летом.
Пожары в этой среде — обычное явление, а уровень риска зависит от характеристик сухих растительных остатков на земле (т. е. общего количества, типа и уровня влажности остатков) и метеорологических условий (т. е. температуры, относительной влажности, скорости ветра и количества осадков). Применение электрического метода борьбы с сорняками конкретно в Австралии в другое время года, кроме зимы и весны, действительно может представлять опасность возгорания из-за образования искр при прохождении электрического тока от целевого растения к электроду
Эти результаты показали, что электроборьба с сорняками в целом является потенциальной альтернативой химическим методам, которую можно интегрировать в программы борьбы с сорняками зимой и весной в условиях средиземноморского климата. Однако следует оценить урожайность винограда (понадобятся 10-метровые ряды) и потенциальный долгосрочный ущерб сорнякам от обработки. Также необходимы дополнительные исследования взаимодействия между скоростью внесения и видом, возрастом и плотностью сорняков.
Предстоит решить проблему низкой скорости внесения тока электропропольщиком по сравнению со скоростью внесения гербицида или скашивания/подрезки. Но здесь, возможно, на помощь придут автономные машины.
В виноградарской отрасли проводятся испытания автономных транспортных средств для борьбы с вредителями, включая автономных роботов, предназначенных для обработки почвы виноградников «по ряду», скашивания и систем опрыскивания для обнаружения сорняков «зелёный на зелёном».
Кроме того, автономные тракторы с трехточечной задней навеской, необходимой для блока питания XPower с аппликаторами XPS, уже внедрены в виноградарскую отрасль. Использование автономных тракторов в сочетании с электрическими системами борьбы с сорняками частично компенсирует недостаток низкой скорости внесения.
На заглавном фото вы видите трактор с электропропольщиком XPower (Zasso™). Блок питания расположен на задней навеске, а аппликаторы XPS — по обе стороны от блока питания. Передние и задние статические электродные решетки, а центральная электродная решетка — на выдвижной стреле. Электродные решетки защищены красными резиновыми матами для предотвращения искр.
Опубликовано онлайн издательством Cambridge University Press. Авторы: Кэтрин П. Д. Боргер, Миранда Дж. Слейвен.