La dependencia del control de malezas herbicidas en los barbechos de la región norte ha llevado a una evolución generalizada de la resistencia a los herbicidas en las principales especies de malezas. Dado que el glifosato es el herbicida más utilizado para el control de malezas en barbecho, la resistencia a este herbicida está aumentando a un ritmo alarmante. También hay una frecuencia cada vez mayor de resistencia a los herbicidas selectivos que se están introduciendo para tratar de controlar las poblaciones resistentes al glifosato. Se necesitan desesperadamente técnicas alternativas de control de malezas no químicas que sean adecuadas para el uso rutinario en los sistemas de cultivo de la región norte.
Las técnicas de control de malezas físicas y térmicas estaban en uso mucho antes de que se introdujeran los herbicidas y el desarrollo de nuevas opciones ha continuado a lo largo de la era de los herbicidas. Sin embargo, la mayoría de estas tecnologías no se han adoptado, principalmente debido al costo, la velocidad de operación y la adecuación a los nuevos sistemas agrícolas. La introducción de tecnologías de detección y activación de malezas crea la oportunidad de apuntar a las malezas individuales, es decir, el control de malezas específico del sitio (SSWC). Esto aumenta enormemente la posible rentabilidad de muchas técnicas direccionales de control físico de malezas en los sistemas de cultivo de conservación.
Objetivos
Desarrollar un tyne de respuesta rápida basado en un tyne de ruptura hidráulica
Utilice la energía necesaria para un control eficaz de las malas hierbas para comparar la eficiencia de técnicas alternativas de control de malas hierbas.
Método
Desarrollo de un tyne de respuesta rápida
Se ha desarrollado un sistema de tina de respuesta rápida con las especificaciones operativas de poder cultivar específicamente malezas específicas cuando están presentes en un campo en densidades de hasta 1.0 planta / 10 m 2a una velocidad de funcionamiento de 10 km / h. Para permitir el desarrollo oportuno, el concepto de tyne de respuesta rápida se basó en la modernización de un tyne Shearer Trashworker con un sistema de arranque hidráulico. Se eligió Shearer Trashworker debido a su robusta construcción, reputación y prevalencia en los sistemas de cultivo australianos. Su sistema de ruptura hidráulica es típico de muchos otros fabricantes, lo que permite un enfoque de diseño que podría adaptarse para adaptarse a otras disposiciones. Aunque los sistemas hidráulicos no se utilizan tradicionalmente en entornos tan dinámicos, para ayudar a la adopción y aceptación oportuna por parte de los agricultores, parecía sensato no desviarse demasiado de los principios agrícolas aceptados y ampliamente adoptados actualmente.
Si bien se centró en el desarrollo del tipo de respuesta rápida en torno a un cultivador convencional, lograr el resultado de manera eficiente y elegante no fue sencillo. Dado que las barras de cultivador tradicionales están diseñadas para la labranza continua y la interacción de tiempo completo entre la herramienta y el suelo, la nueva aplicación requirió ingeniería detallada para modificar el sistema hidráulico, la funcionalidad del mecanismo y optimizar el rendimiento, todo mientras estaba muy restringido por la geometría existente.
El diseño inicial de prueba de concepto enfocó la ingeniería en minimizar el número de componentes adicionales y mantener el diseño simple mientras lograba una acción de astillado similar a una azada convencional en menos de medio segundo. Se adoptó un enfoque modular del diseño para permitir que el sistema se escalara fácilmente a medida que se lograba la confianza en el rendimiento del sistema. La plataforma de Shenton Park proporcionó la prueba de concepto inicial y las otras plataformas se utilizaron para las pruebas de eliminación de malezas (Figura 1A a C).
Eficacia del control de malezas
Se llevaron a cabo pruebas de campo utilizando los dos equipos prototipo en las dos ubicaciones de la región norte (QDAF y Narrabri) en una variedad de especies de malezas en barbecho. El sistema de labranza selectiva se evaluó en una serie de ensayos de campo para determinar su eficacia en malezas de barbechos de invierno (raigrás anual, avena silvestre, cardo cerda y nabo silvestre) y barbechos de verano (pasto de corral, pasto Rhodes de pico, pulga y cardo cerda). En Narrabri, los ensayos de campo de verano e invierno investigaron la eficacia del tyne de respuesta en las especies de malezas objetivo establecidas en ocho etapas de crecimiento (Tabla 1).
Como el mandato inicial del proyecto era desarrollar el tipo de respuesta mecánica y no el sistema de sensores, los experimentos de evaluación utilizaron una disposición de fotodetector simple para activar el tipo de respuesta. Se alineó un reflector al lado de cada planta en la prueba de la parcela y, junto con la velocidad de viaje conocida, el sistema se calibró para activar la respuesta rápida cuando el haz de luz se alineaba con el reflector y, por lo tanto, con la maleza.
Comparación de tecnologías de control de malezas
Los requerimientos de energía directa para el control de plántulas de malezas de dos hojas se estimaron a partir de informes publicados sobre la eficacia del control de malezas de una amplia gama de técnicas físicas de control de malezas (Tabla 3). Para determinar el requerimiento de energía por unidad de área, se eligió una densidad de malezas de 5.0 plantas / m 2 para representar una densidad de malezas típica en los campos de cereales australianos, según los resultados de una encuesta reciente de productores de cereales australianos (Llewellyn et al.2016 ).
Resultados
Desarrollo de un tyne de respuesta rápida
Se llevaron a cabo importantes investigaciones, desarrollo y pruebas de ingeniería principalmente alrededor del banco de pruebas de Shenton Park en UWA (Figura 1A). Como ocurre con cualquier diseño de ingeniería, el proceso implicó mejoras iterativas en el diseño del diseño. Una vez que el sistema pudo lograr un tiempo de ciclo de astillado de menos de 400 ms desde la activación hasta el regreso a la posición de espera y el diseño se simplificó y se consideró confiable, se diseñó y construyó la plataforma precomercial. En las próximas publicaciones se presentará una explicación detallada del proceso de ingeniería y los resultados.
Aquí se muestran fotos de la plataforma de prueba de concepto inicial (Shenton Park) (A), la plataforma autoamplificada montada en un remolque Narrabri (B) y la plataforma de enlace de 3 puntos QDAF (C) y la plataforma precomercial: la ‘Astilladora de malezas ‘(D) utilizado en la prueba y validación del control de malezas en barbecho con labranza dirigida.Figura 1. Equipo inicial de prueba de concepto (Shenton Park) (A), equipo autoamplificado montado en un remolque Narrabri (B) y equipo QDAF con varillaje de 3 puntos (C) y equipo precomercial: el ‘Astillador de malezas’ (D) utilizado en la prueba y validación del control de malezas en barbecho con labranza dirigida.
Las pruebas de campo de eliminación de malezas demostraron una eficacia muy alta en todas las malezas anuales de verano e invierno específicas, independientemente de la etapa de crecimiento (Tablas 1 y 2). La supervivencia de cualquier maleza durante la prueba se debió a que las barredoras de los cultivadores no eran adecuadas para la labranza dirigida. El control de malezas fue 100% efectivo cuando la maleza fue atacada por el punto de barrido, sin embargo, hubo una alta supervivencia de malezas cuando la maleza fue golpeada por el lado de barrido. También se redujo la eficacia cuando las malas hierbas eran excesivamente grandes. Cuando el pasto Rhodes de la cima de las plumas tenía> 50 cm de diámetro, solo hubo un control deficiente (Tabla 2). El sistema es altamente efectivo tanto en malezas de hoja ancha como en gramíneas, con una potencial mínima alteración del suelo resultante (Figura 2).
Tabla 1. Eficacia del tyne de respuesta después del impacto de barrido directo o parcial en cuatro especies de malezas de invierno y tres de verano en ocho etapas de crecimiento, Narrabri NSW 2017 y 2018
Fecha de plantación
Avena salvaje
(% control)
Hierba de nabo
(% de control)
Sowthistle
(% control)
Ryegrass anual
(% de control)
Hierba de Rhodes Feathertop
Hierba de corral
Fleabane
Contacto directo
Contacto parcial
Contacto directo
Contacto parcial
Contacto directo
Contacto parcial
Contacto directo
Contacto parcial
Contacto directo
Contacto parcial
Contacto directo
Contacto parcial
Contacto directo
Contacto parcial
2 hojas
100
0
100
100
100
100
0
100
–
100
–
100
–
4 hojas
100
–
100
0
100
–
100
0
100
–
100
–
100
–
6 hojas
100
–
100
100
100
–
100
0
100
–
100
–
100
–
8 hojas
100
0
100
–
100
100
0
100
–
100
–
100
–
10 hojas
100
0
100
–
100
–
100
0
100
–
100
–
100
–
Atornillar / macollar
100
0
100
–
100
–
100
0
100
–
100
–
100
–
Floración temprana / brote
100
0
100
–
100
100
0
100
–
100
–
100
–
Floración
100
–
100
–
100
–
100
0
100
–
100
–
100
0
– indica que no hubo tratamientos donde hubo contacto parcial del tyne con la maleza.
Estas fotos muestran la labranza pre-dirigida de avena silvestre (A), la labranza post-dirigida (B) y el «divot» resultante (C)Figura 2. Labranza preseleccionada de avena silvestre (A), labranza posterior dirigida (B) y el «divot» resultante (C)
Tabla 2. Eficacia de control de malezas del tyne de respuesta rápida en cuatro especies de malezas en tres etapas de crecimiento resultados combinados de Warwick y Gatton 2018
Especies de malezas
Etapa de crecimiento
Control (%)
Hierba de corral
Pequeño (<30 cm) 100a Mediano (30-50 cm) 97.8ab Grande (> 50 cm)
95.6ab
Hierba de Rhodes Feathertop
Pequeño (<30 cm) 97.4ab Mediano (30-50 cm) 92ab Grande (> 50 cm)
86.1bc
Avena salvaje
Pequeño (<30 cm) 99.1a Mediano (30-50 cm) 98,7a Grande (> 50 cm)
98.1ab
Sowthistle
Pequeño (<30 cm) 89,9b Mediano (30-50 cm) 79,4c Grande (> 50 cm)
73,8c
LSD P = 0,05
8.2
Inclusión de tecnologías de detección de malezas
La eficacia de la labranza dirigida para el control de malezas depende completamente de la detección precisa de malezas. Dado que el uso inicial de la labranza dirigida será en barbecho, entonces es apropiado que se incorporen las tecnologías de detección en tiempo real disponibles en la actualidad en preparación para el uso comercial. Los actuales sistemas de detección montados por pulverización con brazo (WeedSeeker® y WEEDit®) están acoplados a boquillas de pulverización que pueden activarse rápidamente. Las pruebas preliminares que utilizaron el sistema de detección WEEDit para activar el sistema hidráulico de la plataforma Shenton Park demostraron su alta idoneidad para la aplicación en barbecho. Se eligió el sistema WEEDit por ser el sistema más adecuado para la labranza selectiva y ahora se ha incorporado a la plataforma precomercial Weed Chipper. Actualmente se están realizando ensayos que utilizan el sistema junto con la trituradora de malezas precomercial de 6 m, Figura 1D.
Hay un grupo de tecnologías de control térmico de malezas (flameado, espuma de agua caliente, vaporización, etc.) que utilizan energía química o eléctrica que se puede utilizar para el control de malezas al voleo (Tabla 3). En comparación con la labranza y las opciones basadas en herbicidas, estos enfoques son considerablemente más costosos desde el punto de vista energético. Con requerimientos de energía de 100 a 1000 veces más altos, no es sorprendente que estas tecnologías no se hayan adoptado ampliamente para su uso en sistemas de cultivo a gran escala, aunque en operaciones más intensivas, el flameado se usa hasta cierto punto.
Tabla 3. Estimaciones del requerimiento total de energía para opciones alternativas de control de malezas aplicadas como tratamientos al voleo. Las estimaciones se basan en el control de malezas de dos hojas presentes a cinco plantas / m 2 .
Método de control de malezas
Consumo de energía
(MJ / ha)
Rastra de dientes flexibles
4
Cultivador de barrido
11
Azada rotativa
13
Acolchado orgánico
dieciséis
Deshierbe de varillas
18
Rastra de dientes de resorte
22
Desyerbador de cestas
29
Grada de rodillos
29
Segadora de discos
31
Grada de discos en tándem
36
Segadora de mayales
57
Grada de discos offset
64
UV
1701
Llameante
3002
Infrarrojo
3002
Agua caliente
5519
Espuma caliente
8339
Vapor
8734
Congelación
9020
Aire caliente
16902
Microondas
42001
Acolchado de plástico
211003
Control de malezas específico del sitio (SSWC)
La oportunidad de ahorros de costos sustanciales y la introducción de tácticas novedosas están impulsando el futuro del control de malezas hacia SSWC. Este enfoque es posible gracias a la identificación precisa de malezas en los sistemas de cultivo que utilizan visión artificial que normalmente incorpora inteligencia artificial. Una vez identificadas, estas malezas se pueden controlar mediante la aplicación estratégica de tratamientos de control de malezas. Este enfoque de precisión para el control de malezas crea el potencial de ahorros de costos sustanciales (hasta un 90%) y la reducción de los impactos ambientales y fuera del objetivo (Keller et al. 2014). Más importante aún para la sostenibilidad del control de malezas, SSWC crea la oportunidad de utilizar opciones alternativas de control físico de malezas que actualmente no son adecuadas para el uso de todo el potrero.
La detección precisa de malezas permite que los tratamientos físicos de control de malezas se apliquen específicamente a la maleza objetivo. A medida que los procesos de identificación de malezas se desarrollan para incluir especies de malezas, tamaño y etapa de crecimiento, existe la posibilidad de que algunos enfoques (como deshierbe eléctrico, microondas y láseres) se apliquen a una dosis letal prescrita. Esto reduce drásticamente la cantidad de energía necesaria para un control eficaz de las malas hierbas (Tabla 3). Por ejemplo, el microondas, como uno de los tratamientos de control de malezas más costosos en energía como tratamiento al voleo (42.001 MJ / ha), requiere sustancialmente menos energía cuando se aplica directamente a los objetivos de malezas (17.8 MJ / ha). Por tanto, aunque se esté controlando el mismo número de malezas (cinco plantas / m 2), la focalización específica de estas malas hierbas da como resultado una reducción del 99% en los requisitos energéticos.
La identificación precisa de malezas permite el uso de tecnologías alternativas de control de malezas que no son prácticamente adecuadas para su uso como tratamientos completos de potreros. Por ejemplo, los láseres suelen ser un haz de luz estrecho enfocado en un objetivo puntual. En un enfoque SSWC con identificación y activación de malezas de alta precisión, los láseres se pueden enfocar con precisión en los puntos de crecimiento de las malezas específicas, concentrando el daño térmico. Al reducir el área tratada de la maleza, las pérdidas fuera del objetivo se reducen aún más, lo que permite ahorros de energía adicionales.
Tabla 4. Estimaciones del requerimiento total de energía para opciones alternativas de control de malezas cuando se aplica como tratamiento específico del sitio. Las estimaciones se basan en el control de malezas de dos hojas presentes a cinco plantas / m 2 .
Método de control de malezas
Consumo de energía
(MJ / ha)
Radiación solar concentrada
14,4
Corte preciso
14,4
Tracción
14,4
Electrocución: descarga de chispa
14,5
Pirólisis láser Nd: YAG IR
15,1
Herbicidas
14,8
Cavar
15,7
Corte por chorro de agua
15,8
Estampado
16,5
Pirólisis láser Nd: YAG IR
16,9
Microondas
17,8
Arena abrasiva
24,5
Pirólisis con láser de tulio
25,9
Corte por láser de CO 2
54,8
Llamas dirigidas
59,9
Electrocución: contacto continuo
60,9
Pirólisis láser Nd: YAG
84,4
Pirólisis láser de CO 2
92,3
Corte láser Nd: YAG UV
129,4
Espuma caliente
131,3
Pirólisis con láser de diouro
133,1
Corte por láser Nd: YAG IR
204,4
Agua caliente dirigida
517,6
Conclusión
La naturaleza mecánica del tyne de respuesta le permite controlar las malas hierbas con mayor flexibilidad en condiciones ambientales como el viento, la humedad y el calor. Su capacidad para manejar una amplia gama de etapas de plantas de malezas probablemente reducirá la cantidad de pases necesarios para manejar malezas en barbecho en comparación con la práctica actual de herbicidas y ayudará a mitigar la velocidad de desplazamiento más lenta y la cobertura más estrecha. La acción de labranza periódica requerida para las poblaciones de malezas de baja densidad también permitirá que la trituradora de malezas se acople a tractores de baja potencia. Sin necesidad directa de uso de productos químicos para este sistema, es probable que los productores obtengan ahorros de costos significativos al utilizar el sistema Weed Chipper.
La focalización de tratamientos en plantas individuales, como en SSWC, resulta en ahorros de energía significativos y hace que opciones previamente imprácticas en una base de transmisión estén disponibles para su uso en una base específica del sitio. El enfoque de la investigación de SSWC ahora se centra doblemente en el desarrollo de sistemas de reconocimiento de malezas y la evaluación de tecnologías alternativas de control de malezas, como los láseres y el deshierbe eléctrico.