Optimalisatie van onkruidbestrijding met heet water
Onkruiden bestrijden met heet water
Overmatige onkruidgroei op wegen en voetpaden is niet enkel lelijk maar ook nog eens gevaarlijk. Onkruiden kunnen verhardingen glad maken en verkeersborden aan het zicht onttrekken. De onkruiden worden al jaren succesvol bestreden met herbiciden. Deze chemische middelen kunnen echter in het oppervlaktewater terechtkomen. Sinds dit jaar is er in Vlaanderen dan ook een totaalverbod van kracht op het gebruik van chemische middelen op verhardingen in het openbaar domein. Maar hoe moeten onkruiden dan bestreden worden?
Niet-chemische technieken
Er bestaan twee soorten niet-chemische technieken om onkruiden te bestrijden. Enerzijds zijn er mechanische technieken zoals vegen en borstelen. Hierbij worden de bovengrondse delen van het onkruid afgesneden of afgemaaid. Anderzijds bestaan er thermische technieken zoals branden, heet water, stomen en hete lucht. Bij deze technieken wordt plantenweefsel verhit tot aan de letale weefseltemperatuur. Hierdoor denatureren de eiwitten van het plantenweefsel en gaan de plantencellen lekken en uitdrogen. Voldoende verhitting leidt tot het afsterven van bovengronds plantenweefsel.
Optimaliseren van de heet water methode
De niet-chemische technieken hebben enkele nadelen ten opzichte van chemische bestrijding. Ze moeten vaker toegepast worden, zijn duurder en hebben een hoger energieverbruik. Daarom is het belangrijk de eco-efficiëntie (de mate van onkruidbestrijding bekomen met een bepaald energieverbruik) en effectiviteit (de mate waarin het onkruid bestreden wordt) te verhogen. Dit hebben we voor de heetwatertechniek gedaan door te kijken wanneer en in welke omstandigheden deze techniek het best toegepast wordt.
Onderzoek
Dit onderzoek bestond uit vier delen en werd toegepast op Engels raaigras, grote weegbree, roodzwenkgras en paardenbloem. Dit zijn plantensoorten die vaak op verhardingen voorkomen. Elke plantensoort werd steeds behandeld met heet water van 98°C met verschillende energie-inhouden. De energie-inhoud werd aangepast door het waterdebiet te variëren. Na de behandelingen werd het effect gemeten door de bladoppervlakte en de droge biomassa van de levende plantendelen te bepalen. Deze resultaten werden vergeleken met een onbehandelde controle.
Hulpstoffen
In een eerste experiment hebben we gekeken of de toevoeging van een hulpstof een effect had op de heetwatergevoeligheid van onkruiden. We hebben het effect van drie hulpstoffen op basis van plantaardige oliën (Fieldor Max, Vegetop en Mousse de Lin) op de heetwatergevoeligheid van onkruiden getest door deze toe te voegen aan heet water voor behandeling. Deze hulpstoffen hebben op zich, wanneer deze toegevoegd worden aan koud water, geen toxische werking op onkruiden. Uit de resultaten blijkt dat de toevoeging van een hulpstof doorgaans geen invloed heeft op de heetwatergevoeligheid van planten.
Plantensoorten/-rassen
In een tweede experiment werd de heetwatergevoeligheid van verschillende plantenpopulaties en -soorten vergeleken. Roodzwenkgras is ongeveer 1.5 keer gevoeliger aan heetwaterbehandelingen dan paardenbloem en 5 keer gevoeliger dan Engels raaigras. De hoge gevoeligheid van roodzwenkgras valt wellicht te verklaren door het hoge drogestofgehalte van de bladeren in vergelijking met de andere plantensoorten. Van Engels raaigras en paardenbloem werden steeds twee plantenpopulaties vergeleken in heetwatergevoeligheid. Bij Engels raaigras is het ras met een meer planofiele groeiwijze ‘Plenty’ gevoeliger dan het ras met meer erecte groeiwijze ‘Meloni’. Bij paardenbloem wordt de gevoeligheid bepaald door de specifieke bladoppervlakte (de verhouding van de bladoppervlakte op de droge stof biomassa). De kloon met de grootste specifieke bladoppervlakte kende de meeste schade.
Tijdstip van behandelen
In een derde experiment werd onderzocht of de heetwatergevoeligheid van planten afhing van het dagtijdstip. We onderzochten op welk moment van de dag de planten het meest heetwatergevoelig zijn en probeerden hier een verklaring voor te zoeken. Hiervoor werden onkruiden op verschillende tijdstippen gedurende de dag met heet water behandeld. De resultaten tonen aan dat behandelingen uitgevoerd in de namiddag meer schade aanrichten dan behandelingen uitgevoerd in de voormiddag. Het tijdstip waarop de planten de grootste gevoeligheid kennen, blijkt soortafhankelijk. Zo is Engels raaigras 8 en 12 uur na zonsopkomst het gevoeligst voor een heetwaterbehandeling en paardenbloem 8 en 10 uur na zonsopkomst.
Verder toont ons onderzoek aan dat de heetwatergevoeligheid gedurende de dag mogelijk beïnvloed wordt door de relatieve waterinhoud van het blad (RWC). De blad RWC is de ratio van de waterinhoud van het bladweefsel op een bepaald moment t.o.v. de waterinhoud bij volle turgor. De RWC in plantenweefsels kent een typisch dagverloop: ’s ochtends is de RWC het hoogst, deze daalt gedurende de dag en neemt ’s avonds weer toe. Het dagverloop van de heetwatergevoeligheid van onkruiden is tegenovergesteld aan dat van de RWC. De planten zijn het meest gevoelig in de namiddag, wanneer de relatieve waterinhoud van het blad het kleinst is.
Bestrijdingsscenario
Bij de bestrijding van de onkruiden op verhardingen is het de bedoeling om de onkruiden onder controle te houden. Dit wil zeggen dat men eerder streeft naar een onkruidbedekking die onder een vooraf ingestelde tolerantiedrempel blijft, dan naar een volledige reductie van de biomassa. Deze drempel is gebaseerd op de perceptie van de burger ten aanzien van de netheid van de verharding. Indien de onkruidgroei de tolerantiedrempel overschrijdt, wordt een heetwaterbehandeling toegepast. Het streven naar een volledige uitputting van onkruiden zou immers een zeer hoge bestrijdingsfrequentie vereisen, hetgeen gepaard gaat met een enorm energieverbruik.
In een laatste onderzoek zijn we op zoek gegaan naar het meest eco-efficiënte bestrijdingsscenario. Over een periode van twaalf weken hebben we gekeken welke combinatie van bestrijdingsfrequentie en energiedosis per behandelingsbeurt de beste onkruidbestrijding gaf voor een bepaald energieverbruik. Het meest eco-efficiënte bestrijdingsscenario is soortafhankelijk. Voor de geteste onkruiden was een scenario met vijf behandelingen van elk 441 kJ/m2 het meest eco-efficiënt en resulteerde in een totaal energieverbruik van 2205 kJ/m2. Indien men een kleiner aantal behandelingen verkiest om bijvoorbeeld de arbeidskosten te drukken kan een alternatief scenario aanbevolen worden. Hierbij worden vier behandelingen van elk 589 kJ/m2 toegepast, wat een totaal energieverbruik van 2356 kJ/m2 geeft.
Praktijkadvies
Indien je onkruiden wil bestrijden met heet water kijk je best op voorhand welke onkruiden aanwezig zijn. Met kennis over de gevoeligheid van de aanwezige onkruiden kan de energiedosis hierop afgestemd worden. Voor het beste resultaat moet de behandeling uitgevoerd worden in de namiddag en het liefst op warme dagen. De relatieve waterinhoud van de bladeren is dan lager en de onkruiden zullen gevoeliger zijn.
Bibliografie
Referentielijst
AL HAJ KHALED, R., DURU, M., THEAU, J. P., PLANTUREUX, S., & CRUZ, P. (2005) Variation in leaf traits through seasons and N-availability levels and its consequences for ranking grassland species. Journal of Vegetation Science 16, 391–398.
ASCARD, J. (1994) Dose-response models for flame weeding in relation to plant size and density. Weed Research 34, 377–385.
ASCARD, J. (1995a) Effects of flame weeding on weed species at different developmental stages. Weed Research 35, 398–411.
ASCARD, J. (1995b) Thermal weed control by flaming. Biological and technical aspects. PhD Thesis. Swedisch University of Agricultural Sciences, Alnarp, Sweden.
ASTATKIE, T., RIFAI, M. N., HAVARD, P., ADSETT, J., LACKO-BARTOSOVA, M., & OTEPKA, P. (2007) Effectiveness of hot water, infrared and open flame thermal units for controlling weeds. Biological Agriculture and Horticulture 25, 1-12
BELLINO, A. R., POCHAT, S. L. E., & IUSO, M. (2014) Analyse du cycle de vie comparative des techniques de desherbage en zones non agricoles. EVEA.
BENVENUTI, S. (2004) Weed dynamics in the Mediterranean urban ecosystem : ecology, biodiversity and management. Weed Research 44, 341-354.
BERKLEY, D. M., & BERKLEY, E. E. (1933) Super optimal and thermal death temperatures of the cotton plant as affected by variations in relative humidity. Annals of the Missouri Botanical Garden 20, 583–604.
BOGAERT, S. (2013) Eco-efficiënte èn effectieve onkruidbestrijding met heet water. Master's thesis. UGent, Ghent, Belgium.
BOONEN, E., BEELDENS, A., FAGOT, M., DE CAUWER, B., REHEUL, D., & BULCKE, R. (2012) Preventive Weed Control on Pavements : Reducing the Environmental Impact of Herbicides Part 1 : A Field Survey Study. In: Proceedings 2012 10th International Conference on Concrete Block Paving (24-26 November, Shanghai, People's Republic of China). 1-14.
BOONEN, E., DE CAUWER, B., FAGOT, M., BEELDENS, A., & REHEUL, D. (2013) Handleiding voor niet-chemisch(e) onkruidbeheer(sing) op verhardingen met kleinschalige elementen. OCW
BRISKE, D.D., & RICHARDS, J.H., (1995) Wildland Plants: Physiological Ecology and Developmental Morphology (p.635-710) Plant Responses to Defoliation: A Physiological, Morphological and Demographic Evaluation. (ed. D. J. Bedunah, R. E. Sosebee). Society for Range Management, Denver, Colorado, USA.
BURQUEZ, A. (1987) Leaf thickness and water deficit in plants: A tool for field studies. Journal of Experimental Botany 38, 109–114.
COLLINS, M. (2013) Thermal weed control, a technology with a future? In: Proceedings 1999 Twelfth Australian Weeds Conference. (ed. A.C. Bishop, M. Boersma & C.D. Barnes) (12-16 September, Hobart, Tasmania, Australia). 25-28. Tasmanian Weed Society, Hobart, Tasmania, Australia.
COLLINS, R. M., BERTRAM, A., ROCHE, J.-A., & SCOTT, M. E. (2003) Preliminary studies in the comparison of hot water and foam for weed control. In: Proceedings 2002 5th European Weed Research Society Workshop on Physical Weed Control (ed. D.C. Cloutier) (11-13 March, Pisa, Italy). 207-215. European Weed Research Society.
DANIELL, J. W., CHAPPELL, W. E., & COUCH, H. B. (1969) Effect of sublethal and lethal temperatures on plant cells. Plant Physiology 44, 1684–1689.
DE CAUWER, B. (2013) Cursus Herbologie. UGent, faculteit Bio-ingenieurswetenschappen, vakgroep plantaardige productie.
DE CAUWER, B., BOGAERT, S., CLAERHOUT, S., BULCKE, R., & REHEUL, D. (2014) Efficacy and reduced fuel use for hot water weed control on pavements. Weed Research 55, 195-205.
DE CAUWER, B., FAGOT, M., BEELDENS, A., BOONEN, E., BULCKE, R., & REHEUL, D. (2013a) Integrating preventive and curative non-chemical weed control strategies for concrete block pavements. Weed Research 54, 97–107.
DE CAUWER, B., FAGOT, M., BEELDENS, A., BOONEN, E., BULCKE, R., & REHEUL, D. (2013b) Reduced weed growth with different paving constructions. Weed Research 54, 151–161.
DE CAUWER, B., FAGOT, M., & REHEUL, D. (2011) Onkruidbestrijding op halfopen verhardingen. OCW
DECREET 10 juli. (2013) Decreet tot vaststelling van een kader ter verwezenlijking van een duurzaam gebruik van pesticiden en tot wijziging van Boek I van het Milieuwetboek, Boek II van het Milieuwetboek, dat het Waterwetboek inhoudt, de wet van 28 december 1967 betreffende de onbevaarbare waterlopen en het decreet van 12 juli 2001 betreffende de beroepsopleiding in de landbouw. Belgisch staatsblad.
DECREET 21 december. (2001) Decreet houdende vermindering van gebruik van bestrijdingsmiddelen voor openbare diensten in het Vlaamse Gewest. Belgisch Staatsblad.
DECREET 8 Februari. (2013, January 1) Decreet houdende duurzaam gebruik van pesticiden in het Vlaams gewest. Belgisch Staatsblad.
FAGOT, M., DE CAUWER, B., BEELDENS, A., BOONEN, E., BULCKE, R., & REHEUL, D. (2011) Weed flora in paved areas in relation to environment, pavement characteristics and weed control. Weed Research 51, 650–660.
FYTOWEB (2014) Fytoweb. Detail handelsmiddel: Fieldor Max. Raadpleegbaar op: http://www.fytoweb.fgov.be/ProdCommerc/ProdCommercialDet.asp?SearchValu… (7/05/2015)
FYTOWEB (2015) Fytoweb. Detail handelsmiddel: Vegetop. Raadpleegbaar op: http://www.fytoweb.fgov.be/ProdCommerc/ProdCommercialDet.asp?ExternSear… (7/05/2015)
GERHARDS, R., & CHRISTENSEN, S. (2003) Real-time weed detection, decision making and patch spraying in maize, sugarbeet, winter wheat and winter barley. Weed Research 43, 385–392.
HANKE, I., WITTMER, I., BISCHOFBERGER, S., STAMM, C., & SINGER, H. (2010) Relevance of urban glyphosate use for surface water quality. Chemosphere 81, 422–429.
HANSEN, P. K., KRISTOFFERSEN, P., & KRISTENSEN, K. (2004) Strategies for non-chemical weed control on public paved areas in Denmark. Pest Management Science 60, 600–604.
HANSSON, D. (2002) Hot water weed control on hard surface areas. PhD thesis. Swedisch University of Agricultural Sciences, Alnarp, Sweden.
HANSSON, D., & ASCARD, J. (2002) Influence of developmental stage and time of assessment on hot water weed control. Weed Research 42, 307–316.
HANSSON, D., & MATTSSON, J. E. (2002) Effect of drop size, water flow, wetting agent and water temperature on hot-water weed control. Crop Protection 21, 773–781.
HANSSON, D., & MATTSSON, J. E. (2003) Effect of air temperature, rain and drought on hot water weed control. Weed Research 43, 245–251.
HAWTHORN, W. R. (1974) The biology of Canadian weeds. 4. Plantago major and P. rugelii. Canadian Journal of Plant Science 54, 383–396.
IVANOVIC, T., & HRENOVIC, J. (2010) Surfactants in the environment. Arhiv Za Higijenu Rada I Toksikologiju, 61, 95–110.
JONKERS, N., & VAN DER NOORT, L. (2012) LCA-quickscan vergelijking onkruidbestrijdingsmethoden. IVAM.
KAO, W.Y., FORSETH, I.N. (1992) Responses of gas exchange and phototropic leaf orientation in soybean to soil water availability, leaf water potential, air temperature, and photosynthetic photon flux. Environmental and Experimental Botany 32, 153-161.
KEMPENAAR, C., LOTZ, L. A. P., RIEMENS, M. M., & KNOL, J. (2006) Sustainable weed management on concrete block pavement. In: proceedings 2006 8th International Conference on Concrete Block Paving (ed. D Smith) (6-8 November, San Francisco, California, USA). 295-302. Interlocking Concrete Pavement Institute, San Francisco, California, USA.
KEMPENAAR, C., & SAFT, R. J. (2006) Weed control in the public area: combining environmental and ecological targets. Plant Research International B.V.
KEMPENAAR, C., & SPIJKER, J. H. (2004) Weed control on hard surfaces in The Netherlands. Pest Management Science 60, 595–599.
KNEZEVIC, S. Z., STREIBIG, J. C., & RITZ, C. (2007) Utilizing R software package for dose-response studies: The concept and data analysis. Weed Technology 21, 840–848.
KRISTOFFERSEN, P., RASK, A. M., GRUNDY, A. C. et al. (2007a) A review of pesticide policies and regulations for urban amenity areas in seven European countries. Weed Research, 48, 201–214.
KRISTOFFERSEN, P., RASK, A. M., & LARSEN, S. U. (2007b) Non-chemical weed control on traffic islands : a comparison of the efficacy of five weed control techniques. Weed Research 48, 124–130.
LALOR, W. F., & BUCHELE, W. F. (1970) Effects of thermal exposure on the foliage of young corn and soybean plants. Transactions of the American Society of Agricultural Engineers 13, 534–537.
LEON, R. G., & FERREIRA, D. T. (2008) Interspecific differences in weed susceptibility to steam injury. Weed Technology 22, 719–723.
MIEURE, J. P., WATERS, J., HOLT, M. S., & MATTHIJS, E. (1990) Terrestrial safety assesment of linear alkylbenzene sulfonate. Chemosphere 21, 251–262.
OCW. (2006) Handleiding voor de keuze van de asfaltverharding bij het ontwerp of onderhoud van wegconstructies.
OCW. (2009) Handleiding voor het ontwerp en de uitvoering van verhardingen in betonstraatstenen.
ORDONNANTIE 20 juni. (2013) Ordonnantie betreffende een pesticidegebruik dat verenigbaar is met de duurzame ontwikkeling van het Brussels Hoofdstedelijk Gewest. Belgisch Staatsblad.
PERGOOT, J., SIMONS, P., THYS, L., VAN DERSTAPPEN, E., VAN DE VELDE, G., & VAN DE WEERDT, J. (2004) Formularium: Wiskunde, Fysica, Chemie. Uitgeverij Van In, Wommelgem, Belgium.
PIETERS, J. (2010) Fysica 4: Fysische transportverschijnselen. Deel 2: warmteoverdracht (pp. 3–4). UGent, faculteit Bio-ingenieurswetenschappen, vakgroep biosysteemtechniek.
POPESCU, M., & POPESCU, G. C. (2014) Diurnal changes in leaf photosynthesis and relative water content of grapevine. Current Trends in Natural Sciences, 3, 74–81.
RAHKONEN, J., & JOKELA, H. (2003) Infrared radiometry for measuring plant leaf temperature during thermal weed control treatment. Biosystems Engineering 86, 257–266.
RAMWELL, C. T. (2005) Herbicide sorption to concrete and asphalt. Pest Management Science 61, 144–50.
RASK, A. M., & KRISTOFFERSEN, P. (2007) A review of non-chemical weed control on hard surfaces. Weed Research 47, 370–380.
RASK, A. M., LARSEN, S. U., ANDREASEN, C., & KRISTOFFERSEN, P. (2013) Determining treatment frequency for controlling weeds on traffic islands using chemical and non-chemical weed control. Weed Research 53, 249–258.
REHEUL, D. (2010) Cursus Plantaardige Productiesystemen. UGent, faculteit Bio-ingenieurswetenschappen, vakgroep plantaardige productie.
RICHTLIJN. (1980) (80/778/EEG) RICHTLIJN VAN DE RAAD van 15 juli 1980 betreffende de kwaliteit van voor menselijke consumptie bestemd water (pp. 11–29).
RICHTLIJN. (2008) (2000/60/EG) Richtlijn van het Europees Parlement en de Raad van 23 oktober 2000 tot vaststelling van een kader voor communautaire maatregelen betreffende het waterbeleid.
RIFAI, M. N., MILLER, J., GADUS, J., OTEPKA, P., & KOSIK, L. (2003) Comparison of infrared, flame and steam units for their use in plant protection. Research in Agricultural Engineering 49, 65–73.
RITZ, C., & STREIBIG, J. C. (2005) Bioassay analysis using R. Journal of Statistical Software 12, 1–22.
SAFT, R. J. (2005). Update milieuanalyse “Onkruidbestrijding op verhardingen.”. IVAM.
SAFT, R. J., & STAATS, N. (2002) Beslisfactoren voor onkruidbestrijding op verhardingen. LCA, risico-analyse, kostenanalyse, en hinderbeleving. IVAM.
SCOTT, M. J., & JONES, M. N. (2000) The biodegradation of surfactants in the environment. Biochimica et Biophysica Acta 1508, 235–251.
SKARK, C., ZULLEI-SEIBERT, N., WILLME, U., GATZEMANN, U., & SCHLETT, C. (2004) Contribution of non-agricultural pesticides to pesticide load in surface water. Pest Management Science 60, 525-530.
SPANOGHE, P. (2014) Cursus Fytofarmacie. UGent, faculteit Bio-ingenieurswetenschappen, vakgroep Gewasbescherming.
STEBER, J., & WIERICH, P. (1987) The anaerobic degradation of detergent range fatty alcohol ethoxylates. Studies with 14C-labelled model surfactants. Water Research 21, 661–667.
STEWART-WADE, S. M., NEUMANN, S., COLLINS, L. L., & BOLAND, G. J. (2002) The biology of Canadian weeds. 117. Taraxacum officinale G . H . Weber ex Wiggers. Canadian Journal of Plant Science 82, 825–853.
The Engineering ToolBox. Thermal conductivity of some common materials and gases. Raadpleegbaar op: http://www.engineeringtoolbox.com/thermal-conductivity-d_429.html (27/05/2015)
Tu, M. (2004) WaipunaTM Hot Foam System. Raadpleegbaar op: http://www.invasive.org/gist/tools/hotfoam.html (17/03/2015)
ULLOA, S. M., DATTA, A., BRUENING, C., GOGOS, G., ARKEBAUER, T. J., & KNEZEVIC, S. Z. (2012) Weed control and crop tolerance to propane flaming as influenced by the time of day. Crop Protection 31, 1–7.
VAN DE PLASSCHE, E., DE BRUIJN, J., & FEIJTEL, T. (1997) Risk assessment of four major surfactant groups in the Netherlands: Application of monitoring data. Tenside, Surfactants, Detergents 34, 242–249.
VANHALA, P., KURSTJENS, D., ASCARD, J. et al. (2004) Guidelines for physical weed control research : flame weeding , weed harrowing and intra-row cultivation. In: Proceedings 2004 6th European Weed Research Society Workshop op Physical and Cultural Weed Control. (8-10 March, Lillehammer, Norway). 194-225. European Weed Research Society.
VERMEULEN, G. D., VERWIJS, B. R., & KEMPENAAR, C. (2006) Effectiveness of weed control methods on pavement. Plant Research International, Wageningen.
VMM. (2011) Ruimtegebruik door transportnetwerk. Raadpleegbaar op: http://www.milieurapport.be/nl/feitencijfers/sectoren/transport/ruimteg… (24/03/2015)
VMM. (2014) Pesticidenreductie bij openbare besturen - jaar 2011 en 2012.
WARWICK, S. I. (1979) The biology of Canadian weeds. 37 Poa annua L. Canadian Journal of Plant Science 59, 1053–1066.
