Onderzoek naar de effectiviteit van drie typen UVlampen op het doden van onkruiden
Dit project is uitgevoerd in werkpakket 2 van het KRW-project: Duurzaam terreinbeheer en waterkwaliteit.
Tim T. Groot, Corné Kempenaar & Jacques A.R. Davies
Plant Research International B.V., Wageningen Oktober 2012
Nota xxx
© 2012 Wageningen, Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek (DLO) onderzoeksinstituut Plant Research International. Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopieën, opnamen of enige andere manier zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van DLO. Voor nadere informatie gelieve contact op te nemen met: DLO in het bijzonder onderzoeksinstituut Plant Research International, Business Unit Agrosysteemkunde. DLO is niet aansprakelijk voor eventuele schadelijke gevolgen die kunnen ontstaan bij gebruik van gegevens uit deze uitgave. Exemplaren van dit rapport kunnen bij de (eerste) auteur worden besteld. Bij toezending wordt een factuur toegevoegd; de kosten (incl. verzend- en administratiekosten) bedragen € 50 per exemplaar. Dit project is uitgevoerd in werkpakket 2 van het KRW-project: Duurzaam terreinbeheer en waterkwaliteit. Het project Duurzaam terreinbeheer en waterkwaliteit wordt gefinancierd door het Ministerie van Infrastructuur en Milieu, de provincie Noord Brabant, Waterbedrijf Brabant Water NV, Waterschappen De Dommel, Brabantse Delta, Rivierenland en Peel & Maasvallei.
Plant Research International, onderdeel van Wageningen UR Business Unit Agrosysteemkunde Adres : Postbus 616, 6700 AP Wageningen : Wageningen Campus, Droevendaalsesteeg 1, Wageningen Tel. : 0317 – 48 12 78 Fax : 0317 – 41 80 94 E-mail :
[email protected] Internet : www.pri.wur.nl
3
Inhoudsopgave pagina
Voorwoord
5
1
Inleiding
6
2
Materiaal en methode
8
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3
Planten voor het lab experimenten Lampen Lab experiment met kasplanten Validatie van het prototype in de praktijk Aanpassingen aan het prototype
8 8 8 9 10
Resultaten
11
3.1 3.2 3.3
11 14 15
Lab experiment met kasplanten Validatie van het prototype in de praktijk Benodigde energie
4
Discussie
17
5
Literatuur
18
4
Voorwoord Dit onderzoek werd uitgevoerd binnen werkpakket 2 van het KRW-project Duurzaam Terreinbeheer. Het rapport bevat zowel de resultaten van de lab experimenten als de validatie van het prototype UVonkruidbestrijding. Onze partner in dit project is de firma Schlepers Cultuurtechniek uit Bant. In dit rapport is een vergelijking gemaakt van de effectiviteit voor onkruiddoding van 3 verschillende soorten UV-lampen. Elk van deze lampen heeft een andere samenstelling van het UV-licht. Dit is getest op kasplanten met een variërende leeftijd en als functie van de UV-intensiteit. Uit dat onderzoek is duidelijk geworden waaraan een effectief onkruidbestrijdingsysteem moet voldoen. Met deze kennis is een prototype gebouwd en hiermee zijn effectiviteitsmetingen uitgevoerd.
5
1 Inleiding Gemeenten besteden het onderhoud van verhardingen meestal uit aan aannemers met de voorwaarde om het gebruik van bestrijdingsmiddelen te minimaliseren omdat binnen bewoond gebied het vaak moeilijk is om te voorkomen dat een deel daarvan in het oppervlakte water terecht komt. Bestrijdingsmiddelen kunnen ook niet bij regenachtig weer gebruikt worden waardoor een aannemer zijn tijd minder efficiënt kan benutten. Alternatieve technieken voor het verwijderen van onkruid zijn borstelen, stootbranden en stomen. Vermeulen et al. (2002) hebben berekend dat het gebruik van chemische bestrijdingsmiddelen minder dan 50 kJ/m 2, borstelen 120 tot 420 kJ/m2, stootbranden 460 tot 1830 kJ/m2, infrarood straling 600 tot 2000 kJ/m2 en stomen 300 tot 3000 kJ/m2 fossiele energie kost. Rark en Kristoffersen (2007) bepalen een verbruik van 44 tot 660 kJ/m2 fossiele energie voor stootbranden en 200 tot 400 kJ/m2 fossiele energie voor infrarood straling. Hansson en Ascard (2002) bepalen voor het stomen een verbruik van 340 tot 1020 kJ/m2 fossiele energie. Hieruit blijkt dat thermische technieken relatief veel energie verbruiken en daarom wordt het onkruid meestal verwijderd met borstels en bestrijdingsmiddel. Borstels zijn onder alle weersomstandigheden te gebruiken. Een nadeel van borstelen is dat het alleen het bovengrondse deel van het onkruid verwijdert waardoor er vaker geborsteld moet worden. Een ander nadeel van deze methode is dat steentjes tegen auto’s aan slaan en bestrating snel slijt. Kwetsbare soorten bestrating zijn niet te behandelen met borstels. Heisel et al. (2002) heeft experimenten gedaan om onkruid met een CO2 laser te doden. Een CO2 laser heeft een golflengte rond de 10 μm waar het water in de cellen alle licht absorbeert en heet wordt en de droge delen verbranden. Een stengel van 2 mm heeft ongeveer 12 J/mm2 nodig voordat het doorgebrand is. Een laser met een praktisch haalbaar vermogen van 5 Watt heeft er dan ongeveer 2 seconden nodig om deze stengel door te branden. Mathiassen et al. (2006) hebben onderzoek gedaan aan onkruidbestrijdingsmethoden met een 532 nm laser (continu vermogen, 5 W) en een 810 nm laser (continu vermogen, 90 W). De laser werd gefocusseerd op het meristeem van de plant. De 532 nm laser bleek de onkruiden effectiever te doden maar de plantjes moesten daarvoor 1 tot 3 seconden behandeld worden. Voor deze methoden is het noodzakelijk dat de laser op de stengel wordt gefocusseerd en maakt een systeem, dat de positie van de stengel bepaald en de laser daarop focusseert, nodig. Als de behandeling van een plant een paar seconden vergt zal het daarnaast te veel tijd kosten om bestrating met onkruiden te behandelen. Heisel et al. (2002) concludeert dat het verwijderen van planten op deze manier niet efficiënt is. Het ultra violette deel van het spectrum (UV) wordt opgedeeld in 3 fracties, UV-A (400 – 320 nm), UV-B (320 – 280 nm) en UV-C (280 – 100 nm). Het zonlicht bevat UV-A en UV-B licht, het UV-C komt niet in het zonlicht voor omdat dit door de dampkring wordt geabsorbeerd. UV-A, UV-B en UV-C veroorzaken schade aan planten door radicalen te creëren (Unal, Tuney et al. 2009), het oxideren van Chlorofyl (Zsiros et al. 2006; Hakala 2007) of schade toe te brengen aan DNA, de celwand of andere eiwitten (Caldwell et al. 1986). UV-C brengt meer schade toe aan de plant dan UV-B of UV-A licht (Hakala 2007, Caldwell et al. 1986). UV-A brengt de plant vrijwel geen schade toe maar UV-B en UV-C kunnen fataal voor planten worden (Andreasen et al. 1999; Micheletti and Piacentini 2002; Hakala 2007). UV straling wordt met afnemende golflengte steeds sterker door de plant geabsorbeerd en dringt daarom minder goed de plant in (Radomysl’skaya 1973, Micheletti en Piacentini 2002). Met afnemende golflengte neemt de schade aan de plant ook toe (Caldwell et al. 1986). Micheletti en Piacentini (2002) hebben het schade effectiviteitspectrum voor planten bepaald voor UV in het zonlicht. Het UV-B licht van 301 tot 310 nm richt dan de meeste schade aan. Andreasen et al. (1999) hebben een duidelijke afname in vers gewicht gevonden bij onkruiden na een behandeling met UV (de gebruikte lamp produceerde UV-A, UV-B en UV-C). Sommige planten waren gevoeliger voor UV dan anderen. De planten stierven af maar liepen vaak daarna weer uit. Bij een intensiteit van de lamp van 1.7 GJ/ha is een 90 % reductie gemeten van de plantmassa. Het doden van planten met UV licht heeft als voordeel dat het de schade toebrengt aan de eiwitten in de plant en dus mogelijk minder energie kost dan de plant te verhitten. Vermeulen et al. (2002) heeft berekend dat er meer dan 1500 kJ/m 2 fossiele energie nodig is om planten met UV-licht te doden. Andreasen et al. (1999) hebben een ED50 (50% afnamen van vers gewicht van de
6
planten) bepaald voor meerdere onkruiden bij 0.1 tot 11 GJ/ha (10-1100 kJ/m2). In deze studies is een middendruk kwiklamp gebruikt. Er zijn een beperkt aantal UV-lichtbronnen op de markt beschikbaar voor experimentele doelen. Naast een middendruk kwiklamp bestaan er ook lage en hoge druk kwiklampen. De UV-straling uit de lamp heeft een kortere golflengte wanneer de lamp een lagere druk heeft en een langere golflengte bij een hogere druk in de lamp. Het is nog onbekend wat het potentieel is voor onkruidbestrijding van een hoge druk kwiklamp (UV-B lamp) of een lage druk kwiklamp (UV-C lamp). Het UV-licht van een UV-B lamp dingt dieper de plant in en beschadigd de essentiële eiwitten effectiever of het UV-licht van de UV-C lamp brengt meer schade toe aan de plant. Mogelijk is de UV-C of UV-B lamp daarom effectiever in het doden van onkruid dan de middendruklamp. In dit rapport wordt een middendruk kwiklamp vergeleken met een UV-C lamp en een UV-B lamp. De vraagstelling waarop dit rapport antwoord moet geven is of onkruid ook bestreden kan worden met UV-licht. Een gangbare snelheid voor een bewerking is ongeveer 5 km/uur. Een voorwaarde aan de gekozen oplossing is dat deze op termijn met een vergelijkbare snelheid is toe te passen. Het onderzoek werd uitgevoerd binnen werkpakket 2 van het KRW-project Duurzaam Terreinbeheer. Dit rapport bevat zowel de resultaten van de lab experimenten als de validatie van het prototype UV-onkruidbestrijding.
7
2 Materiaal en methode 2.1
Planten voor het lab experimenten
In dit onderzoek zal de effectiviteit van UV straling, op de belangrijke typen onkruid Smalle Weegbree (Plantago Lanceolata) en Straatgras (Poa annua), getest worden. De onkruiden zijn in het veld verzameld of gezaaid vanuit zaad en in potten geplant. De planten zijn in twee tot drie weken in een kas opgekweekt voordat zij belicht werden. Twee weken na belichting is het vers gewicht van het bovengrondse deel van de planten bepaald. In een extra experiment zijn planten van 5 tot 6 weken gebruikt bij de belichting. Met de UV-B lamp zijn alleen jonge planten van Straat Gras en Smalle Weegbree belicht.
2.2
Lampen
De spectra van de 3 typen lampen zijn gegeven in Figuur 1. De UV-B lamp, gebruikt in dit experiment, is een SMR-200\UV3 lamp van Ushio en verbruikt 200 Watt elektriciteit. De uitvoering van deze lamp kan alleen gebruikt worden met een horizontale bundel omdat de gasstromen in de lamp anders verstoord worden en de lamp kan breken (instructies van de fabrikant). De planten zijn daarom horizontaal beschenen. De UV-C lamp is een Philips TUV 325W XPT HO lamp met een elektrisch vermogen van 350 Watt. De middendruk lamp (UVB&UVC) is een UVH-2022 lamp van UV-technik (Wümbach, Duitsland) met een elektrisch vermogen van 2000 Watt.
1.2 UVB&UVC UVC
1
Genorm. Int. (a.u.)
UVB 0.8
0.6
0.4
0.2
0 200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
Golflengte (nm)
Figuur 1: Spectra van de gebruikte lampen genormeerd voor het maximum van de intensiteit. Een schatting van het effectieve oppervlak dat de lampen beschijnt is voor de UV-C lamp 0.237 m2, de middendruklamp 0.088 m2 en de UV-B lamp 0.045 m2. De intensiteit van de lampen is gemeten met een UVB- en een UVC-sensor van Dr. Gröbel UV-Elektronik, Ettlingen (Duitsland). Het meetbereik van de sensoren is 0-200 mW/cm2.
2.3
Lab experiment met kasplanten
Voor elk van de lampen zijn per onkruidsoort 7 belichtingstijden (0, 7, 15, 30, 60, 180 en 600 sec) toegepast bij 6 herhalingen (42 planten per type onkruid). In sommige experimenten zijn de planten ook met 1, 2 en 4 seconden belicht. Voor en na de meting is (van boven) een foto van de plant genomen. Dat is een week en twee weken later nog eens herhaald. De dosis respons relatie wordt met het drc-package in R (Statistical
8
computing) gefit. De ED50 en de ED90 schatten de belichtingstijd waarbij het vers gewicht van de behandelde planten gemiddeld respectievelijk 50% en 90% lager is dan van de referentie plant is.
2.4
Validatie van het prototype in de praktijk
De resultaten van de kasexperimenten hebben geleid tot de bouw van een prototype. Dit prototype bevat 2 middendruk lampen, wordt gevoed met 230V netspanning en verbruikt 4 KW (Figuur 2).
Figuur 2: Prototype gebouwd door de Firma Schlepers. Tijdens de experimenten is de netspanning geleverd door een 11 kVA Europower generator. De lampen in het prototype kunnen in hoogte versteld worden van 10 tot 30 cm boven de grond. Dit experiment is uitgevoerd op een grasveld in sportpark Langezand in Lelystad. De planten op het veld waren gras, paardenbloem, klaver en akkerkers. Met een werktuig om sportveldlijnen te maken zijn veldjes van 70 bij 40 cm gemarkeerd, in een matrix van 9 bij 7 (Figuur 3). In de matrix zijn horizontaal oplopende belichtingstijden 0 (= ref), 7, 15, 30, 60, 180 en 600 seconden toegepast bij 3 hoogten van de lampen (30, 20 en 10 cm). Van elk van deze hoogten zijn 3 herhalingen gemaakt.
9
0 sec 7
15
30
60
180
600
1 Hoogte 30 cm 2
3 4 5
Hoogte 20 cm
6
7 8 Hoogte 10 cm 9 Figuur 3: Schematische indeling van de veldjes in het experiment. Van elk van de veldjes is van boven een foto gemaakt één week na en twee weken na de behandeling. Van de foto's is het percentage gedode gras (alleen gras) bepaald door at random alle veldjes drie maal te beoordelen en daar het gemiddelde van te nemen. Hierbij zijn andere onkruiden genegeerd omdat maar een paar veldjes deze andere onkruiden bevatten. Uit de veldjes met een lamphoogte van 30 cm zijn voor een oppervlak van 10x10 cm het vers gewicht en het drooggewicht bepaald van de planten (voornamelijk gras).
2.5
Aanpassingen aan het prototype
Na de praktijk test is het prototype uitgebreid met een nieuw armatuur voor de lampen waarin niet 2 maar 3 lampen geplaatst kunnen worden. De UV-intensiteit neemt daarmee met 50% toe. Een test wordt uitgevoerd naar de effectiviteit van dit nieuwe prototype.
10
3 Resultaten 3.1
Lab experiment met kasplanten
In de onderstaande figuren is het effect van de UV-C lamp, de middendruk lamp en de UV-B lamp op Straat Gras en Smalle Weegbree gegeven. De bovenste rij planten zijn de referentie planten in het experiment, de rij planten daaronder is 1 minuut aan de lamp blootgesteld en de onderste rij 10 minuten (de langste belichtingstijd).
Figuur 4: Gras twee weken na behandeling met de UV-C lamp. Bovenste rij planten zijn de referentie planten, middelste rij planten zijn behandeld met 1 minuut en onderste rij zijn behandeld met 10 minuten UV-licht.
Figuur 5: Gras twee weken na behandeling met de middendruklamp. Bovenste rij planten zijn de referentie planten, middelste rij planten zijn behandeld met 1 minuut en onderste rij zijn behandeld met 10 minuten UV-licht.
11
Figuur 6: Gras twee weken na behandeling met de UV-B lamp. Bovenste rij planten zijn de referentie planten, middelste rij planten zijn behandeld met 1 minuut en onderste rij zijn behandeld met 10 minuten UV-licht.
Figuur 7: Weegbree twee weken na behandeling met de UV-C lamp. Bovenste rij planten zijn de referentie planten, middelste rij planten zijn behandeld met 1 minuut en onderste rij zijn behandeld met 10 minuten UV-licht.
Figuur 8: Weegbree twee weken na behandeling met de middendruklamp. Bovenste rij planten zijn de referentie planten, middelste rij planten zijn behandeld met 1 minuut en onderste rij zijn behandeld met 10 minuten UV-licht.
12
Figuur 9: Weegbree twee weken na behandeling met de UV-B lamp. Bovenste rij planten zijn de referentie planten, middelste rij planten zijn behandeld met 1 minuut en onderste rij zijn behandeld met 10 minuten UV-licht. De dosisresponse curven van het vers gewicht van de Straatgras planten is twee weken na de belichting bepaald. Voor Gras behandeld met de drie lamptypen zijn de dosisresponse curven in Figuur 10 gegeven en voor Smalle Weegbree planten in Figuur 11. Uit de figuren blijkt een hogere effectiviteit voor de UV-B&UVC/middendruk lamp.
Gras UV-C
1.2 UV-B&UV-C UV-B
genorm. versgewicht
1 0.8
0.6 0.4
0.2 0 0.1
1
10
100
1000
UV intensiteit [kJ/m 2]
Figuur 10: De dosisresponse fit voor het gemiddelde vers gewicht (punten) van de Straatgras planten voor drie typen lampen. De fit is uitgevoerd met 3 parameters (hellingshoek, bovengrens en de ED50). De ondergrens was onvoldoende bepaald door de metingen en voor de fit is deze op 0 gezet.
13
Weegbree UV-C
1.4 UV-B&UV-C
genorm vers gewicht
1.2
UV-B
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.1
1
10
100
1000
UV intensiteit [kJ/m 2]
Figuur 11: Dosisresponse fit voor het gemiddelde vers gewicht (punten) van de Weegbree planten voor drie typen lampen. De fit is uitgevoerd met 3 parameters (hellingshoek, bovengrens en de ED50). De ondergrens was onvoldoende bepaald door de metingen en voor de fit is deze op 0 gezet.
3.2
Validatie van het prototype in de praktijk
De intensiteit van het Uv-licht op de grond bij 30, 20 en 10 cm hoogte was UV-intensiteit 777, 1503, 2416 W/m2. De intensiteit was zo hoog dat een belichtingstijd van meer dan 3 minuten bij 20 cm hoogte en meer dan 1 minuut bij 10 cm hoogte niet mogelijk was. De rookontwikkeling werd dan te groot. In Figuur 12 en Figuur 13 is de effectiviteit voor een selectie veldjes gegeven van respectievelijk één week en twee weken na behandeling. De ED50 en ED90 bepaald uit de foto's zijn in Tabel 1 weergegeven. Daarin is ook het resultaat van een droge stof meting gegeven, deze is alleen voor het experiment met de lamp op 30 cm hoogte gedaan.
Figuur 12: Schade aan graszoden één week na de behandeling. Van links naar rechts is de belichtingstijd opgevoerd, de lamp heeft voor de bovenste rij op 30 cm hoogte boven het gras gehangen, voor de middelste rij op 20 cm en voor de onderste rij op 10 cm.
14
Figuur 13: Schade aan de graszoden twee weken na de behandeling. Van links naar rechts is de belichtingstijd opgevoerd, de lamp heeft voor de bovenste rij op 30 cm hoogte boven het gras gehangen, voor de middelste rij op 20 cm en voor de onderste rij op 10 cm. Tabel 1: ED50 en ED90 waarden in kJ/m2 berekend voor fossiel energiegebruik twee weken na de behandeling (tussen haken staat de standaard fout). Naast beoordeling op basis van foto’s is ook voor de lamp op 30 cm hoogte een beoordeling op basis van droge-stof gedaan. foto's droge stof foto's foto's hoogte hoogte hoogte hoogte 30 cm 30 cm 20 cm 10 cm ED50 3,566 (528) 1,949 (628) 2,850 (1,058) 1,758 (416) ED90 14,340 (5,187) 10,380 (7,028) 17,607 (14,936) 4,469 (2,358) Het prototype zal een extra lamp krijgen, waardoor de intensiteit met 50% zal toenemen. Hiermee wordt een effectiviteitsbepaling gedaan aan kasplantjes.
3.3
Benodigde energie
De verbruikte energie van een bewerking is uitgedrukt in een fossiele energie equivalent per m2 om ze te kunnen vergelijken met andere onkruidbestrijdingsmethoden. Dit is gedaan door het elektrisch vermogen per oppervlakte eenheid te delen met een omzettingsefficiëntie van 25% (een geschatte omzettingsefficiëntie van fossiele energie naar elektrische energie uit een generator). De ED50 en de ED90 voor fossiel energie gebruik en voor verschillende plantsoorten met 3 verschillende UVlampen zijn in Tabel 2 gegeven.
Tabel 2: Dosiseffect energieën (met tussen haken de std.) voor Straat Gras en Smalle Weegbree. In de onderste helft van de tabel zijn metingen met oudere planten gegeven en de resultaten gemeten met het prototype. De leeftijd van het gras in het prototype experiment was onbekend. Bij de berekening van de benodigde fossiele energie is een fossiel naar elektrisch rendement van 25% gebruikt. Experiment kasplanten kasplanten kasplanten kasplanten kasplanten kasplanten kasplanten kasplanten kasplanten kasplanten Prototype Prototype Prototype
Plant soort gras gras gras Weegbree Weegbree Weegbree gras gras Weegbree Weegbree gras gras gras
Lamp Leeft. bij belicht. UV-intensiteit soort dagen W/m2 UVC 18 314 UVB&UVC 17 366 UVB 13 262 UVC 18 314 UVB&UVC 17 366 UVB 12 262 UVC 29 95 UVB&UVC 36 218 UVC 36 95 UVB&UVC 43 218 UVB&UVC (lamp 30 cm hoogte) >40 777 UVB&UVC (lamp 20 cm hoogte) >40 1503 UVB&UVC (lamp 10 cm hoogte) >40 2416
ED50 ED90 fossiel kJ/m2 fossiel kJ/m2 520 (150) 4,231 (2,034) 2,149 (492) 12,336 (4,463) 3,370 (1,519) 479,806 (533,988) 114 (40) 7,751 (5,215) 2,779 (375) 7,085 (1,997) 5,729 (2,465) 72,715 (68,633) 3,443 (1,157) 22,761 (18,857) 17,360 (5,624) 162,430 (110,207) 3,371 (1,447) 41,384 (46,595) 30,672 (13,446) 420,384 (510,960) 3,566 (528) 14,340 (5,187) 2,850 (1,058) 17,607 (14,936) 1,758 (416) 4,469 (2,358)
15
Uit Tabel 2 blijkt dat het energiegebruik sterk afhankelijk is van plantleeftijd, de ED waarden voor het gras en Weegbree van 30 tot 40 dagen oud zijn veel hoger dan voor de jonge planten (<20 dagen oud). Daarnaast blijkt de UVB lamp veel minder effectief dan de andere twee soorten lampen. Voor het experiment met het prototype is geen straatgras gebruikt maar een grassoort dat op sportvelden wordt toegepast. De intensiteit bij deze experimenten was veel hoger dan die in de andere experimenten en de beoordeling is, uitgezonderd de meting bij lamphoogte 30 cm, op basis van foto’s gedaan i.p.v. op vers gewicht. Bij deze hogere intensiteiten blijken de ED50- en ED90-waarden een stuk lager te zijn (maar de onzekerheid in de getallen is nog erg groot). Dit betekent dat bij een verhoging van de UV-intensiteit minder energie nodig is om planten te doden. Vooral voor de ED90 is deze afname van energievraag bij gebruik van meer UV-intensiteit groot. De leeftijd van het gras van het prototype experiment was onbekend maar vermoedelijk meerdere maanden oud. Het resultaat is daarom met de metingen aan oudere planten te vergelijken. Daarnaast was het gras gehard door de zon waardoor deze metingen een eerste schatting geven voor de effectiviteit voor buiten planten. Het prototype zal een extra lamp krijgen, waardoor de intensiteit met 50% zal toenemen. Hiermee wordt een effectiviteitsbepaling gedaan aan kasplantjes.
16
4 Discussie Het energieverbruik van borstelen ligt in het bereik van 120-420 kJ/m2, voor stootbranden is dit 460-1,830 kJ/m2, voor infrarood straling 600-2,000 kJ/m2 en voor stomen 300-3,000 kJ/m2 fossiele energie (Vermeulen et al. 2002) maar het is niet van alle metingen bekend of dit ED50 of ED90 waarden zijn. Wanneer we deze energiebehoeften vergelijken met die in Tabel 2 dan blijkt de UV-effectiviteit nog laag maar voor de metingen met het prototype komt de effectiviteit dichter in de buurt van de methoden stootbranden, infrarood stralen en stomen. Het blijkt dat een hogere UV-intensiteit bijdraagt aan een hogere effectiviteit. Wanneer de ED50 waarde in het experiment met de kasplanten en met de UVB&UVC lamp vergeleken wordt met de metingen met het prototype dan is de ED50 grofweg een factor 5 tot 10 lager, voor de ED90 is dit een factor 10 tot 30! De onzekerheid in deze getallen is alleen nog erg groot. Daarbij moet wel worden aangetekend dat er in het eerste experiment kasplanten van straatgras zijn gebruikt en in het prototype experiment een sportveld grassoort onder de open lucht. Straatgras is waarschijnlijk sterker dan sportveldengras maar daar staat tegenover dat kasplanten veel zwakker zijn dan buitenplanten. Het is niet duidelijk welk van deze effecten de overhand heeft. Het blijkt dat jonge planten gevoeliger voor UV-licht zijn dan oude planten. Andreasen et al. (1999) vond dat verschil ook. Voor jong Straatgras hadden zij twee ordes van grootte minder energie nodig om ze te doden dan oudere planten. Na de experimenten in dit rapport blijft de vraag actueel of de UV-behandeling methode in de toekomst kosten effectief kan worden ingezet. Er zijn in de literatuur tot nu toe weinig experimenten met UV-onkruidbestrijding gedaan en ook het aantal experimenten in dit rapport zijn vanwege kosten klein. Toch hebben we de intensiteit als een belangrijke parameter om de effectiviteit te verhogen kunnen identificeren. Er zijn in het prototype 2 UVB&UVC lampen naast elkaar geplaatst op ongeveer 15 cm afstand van elkaar. Er zou een dubbele intensiteit gehaald kunnen worden met een extra lamp en een kleinere afstand tussen de lampen. De metingen zijn verder op 30 tot 10 cm hoogte gedaan. Dichter bij de grond is niet praktisch dus daarmee is de intensiteit niet verder te verhogen. Nieuwe experimenten zouden moeten uitwijzen of de verhoging in effectiviteit reproduceert. Daarnaast is een directe vergelijking met methoden als stootbranden, infrarood stralen of stomen nodig om de verschillen tussen methoden uit te sluiten.
17
5 Literatuur C. Andreasen, L. Hansen and J.C. Streibig, 1999, The effect of ultraviolet radiation on the fresh weight of some weeds and crops, Weed technology, vol. 13, issue 3, pp. 554-560. M. M. Caldwell, L. B. Camp, C. W. Warner, S. D. Flint, 1986, Action spectra and their fey role in assessing biological consequences of solar UV-B radiation change, In: Stratospheric Ozone reduction, solar ultraviolet radiation and plant life, R.C. Worrest and M. M. Caldwell, NATO ASJ Series, vol. G8, pp. 87-111. H.W. Griepentrog, M. Nørremark, J.F. Soriano, 2006, Close-to-crop thermal weed control using a CO2 laser, In Proceedings: CIGR World Congress, Agricultural Engineering for a Better World, Bonn, Germany, 3rd – 7th September 2006. M. Hakala, 2007, Photodamage to oxygen evolving complex, An Initial Event in Photoinhibition of Photosystem II, Thesis, University of Turku, Finland. D. Hansson en J. Ascard, 2002, Influence of developmental stage and time of assessment on hot water weed control, Weed Research, vol. 42, pp. 307–316. T. Heisel, J. Schou, C. Andreasen and S Christensen, 2002, Using laser to measure stem thickness and cut weed stems, Weed Research, vol. 42, pp. 242–248. M. Kasahara, T. Kagawa, K. Oikawa, N. Suetsugu, M. Miyao and M. Wada, 2002, Chloroplast avoidance movement reduces photodamage in plants, Nature, vol. 420, 19/26, pp. 829-832. S.K. Mathiassen; T. Bak, S. Christensen and P. Kudsk, 2006, The Effect of Laser Treatment as a Weed Control Method, Biosystems Engineering, vol. 95 (4), 497–505. T. M. Radomysl’skaya, 1973, Measurement of the ultraviolet transmission spectra of the leaves of plants, Journal of applied spectroscopy, vol. 18, no. 2, pp. 202-206. A.M. Rask en P. Kristoffersen, 2007, A review of non-chemical weed control on hard Surfaces, Weed Research, vol. 47, pp. 370–380. D. Unal, I. Tuney, et al. (2009). The effect of UV-A (352 nm) stress on chlorophyll fluorescence, chlorophyll a content, thickness of upper cortex and determinate DNA damage in Physcia semipinnata. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology 94: 71-76. G. D. Vermeulen, R. P. van Zuydam en D.A.G. Kurstjens, 2002. Toepassingsmogelijkheden van niet-chemische technieken voor onkruidbestrijding op verhardingen. Wageningen, Instituut voor Milieu- en Agritechniek ( IMAG). O. Zsiros, S. I. Allakhverdiev, et al. (2006). Very strong UV-A light temporally separates the photoinhibition of photosystem II into light-induced inactivation and repair. Biochimica et Biophysica Acta 1757: 123–129.
18
