"Blå LED-ljus kommer att vara ett normalt verktyg för ogräshantering och det kommer att ske mycket snabbare än bönderna inser."
Låt det vara ljus i tarmen på en skördetröska.
Blått LED-ljus är ett icke-kemiskt vapen som kan hämma tillväxten av herbicidresistenta ogräsfrön, men tänk om LED-ljustekniken kunde användas för att fungera med en skördetröska för att skada ogräsfrö när du är på språng? Det har det redan, enligt en uppfinnare uppvuxen i majs- och sojabönsraderna i Ohios jordbruksmark: Medlen för att döda ogräsfrö med ljus har anlänt.
Weed Seed Destroyer är en skördetröska som bultar på en enhet som använder mild uppvärmning och intensiva LED-ljusstrålar för att mätta ogräsfrö när de passerar med agnarnas flöde under skörden, och frödödningsanordningen är redo för vårens skärningsförsök i Tennessee vete och Ohio korn. "Blå LED-ljus kommer att bli ett vanligt verktyg för ogräsbekämpning inom jordbruket", säger Jon Jackson, innovatören bakom Weed Seed Destroyer. "Den här typen av jordbruksteknik utvecklas snabbare än vad folk vet."
Ljusemitterande dioder (LED) är kapabla mördare som kan släppa lös en desinficerande effekt mot bakterier, svamp och mögel. Under 2018 sökte det amerikanska flygvapnet teknik för att göra tumbleweed mindre av en tagg i köttet och tilldelade ett SBIR-bidrag (Small Business Investment Research) till Jacksons sydvästra Ohio-baserade företag Global granne (BNI), för att skapa ett sätt att göra tumbleweed-frö icke livsdugligt utan att störa ökenskorpan och jorden.
Med hjälp av teknik med blått LED-ljus utvecklade GNI en handhållen enhet som kan döda tumbleweed-frö. Den framgångsrika handhållna enheten presenterades i en SBIR-reklamtidning – där artikeln sågs av en nyfiken bonde i Iowa, som ringde Jacksons kontor i Xenia, Ohio, och erbjöd en direkt utmaning: "Om du kan döda tumbleweed-frö i öknen, kan du borde kunna döda vattenhampfrö i sojabönor."
Dagar efter telefonsamtalet fick Global Neighbor-personalen en låda via post adresserad från Iowa, innehållande en knölig påse, med "Merry Christmas" djärvt klottrat på den yttre plasten. Inuti paketet, direkt från Hawkeye State jordbruksmark, fanns en hög sojabönagnar lastad med vattenhampfrö – det herbicidresistenta gissel som många odlare i Mellanvästern har.
"Påsen med agnar och frö var början", säger Jackson. "Vi började nästan omedelbart testa i labbet. I öknen var det mycket enklare att angripa tumbleweedfrö eftersom det sitter på ytan och ger en direkt synlinje, men vattenhampa är ett annat ogräsdjur."
Minskad, fann Jacksons team att uppvärmning av ogräsfröet över 100+ F och sedan applicering av blå LED i flera sekunder med en intensitet som är 20 gånger högre än solljus orsakade kaos i cellstrukturerna.
"Alla vet hur LED-ljus förändrar växternas tillväxt i radgrödor eller till och med växthus", fortsätter Jackson, "men vi har utvecklat något mycket starkare. Istället har vi en teknik med hög intensitet, men mycket kort exponering av ljus på ett sådant sätt att fröet inte kan hantera traumat och inte växer. Ingen har använt den här typen av teknik i jordbruket tidigare, och den är mycket effektiv."
Men att leverera uppvärmningen och ljuset till ogräsfröladdning genom en rörlig skördetröska är ett enormt steg: Gå in i Weed Seed Destroyer.
Döda Zon
Destroyern, ett system med rör och skruvar fäst på baksidan av en skördetröska, värmer och exponerar frön för blå LED-ljus när agnarna tumlar igenom - allt i farten, enligt Jackson. Den arbetar med standardtröska hastighet och kräver blygsamma 10 hästkrafter för att fungera. "Det är så snabbt," säger Jackson, "och uppvärmningen och exponeringen för blått ljus sker på bara några sekunders bearbetning."
Beroende på tillverkare fäster Destroyern med variation till olika skördetröskor. "Till exempel, på en John Deere S680 (inställd på veteskördeförsök i juni 2022 nära Savannah, Tennessee) med en integrerad spridare och hackare, tar vi ut en enda panel före hackaren och lägger till en ven som blåser agnarna in i jagaren , medan halmen från den huvudsakliga thrashern går över toppen och tillbaka till choppern som vanligt, säger Jackson. "Det är en 10" skruv och 8" lång som är instoppad precis under hacksystemet."
På en New Holland CR940 (inställd för kornskördeförsök i juni-juli 2022 i sydvästra Ohio) är agnspridaren och hackaren separata. "Vi tar bort spridaren och sätter Destroyern på plats. Vi tar agnarna när de kommer ut och trattar in dem i jagaren, och de blåser tillbaka ut i hackaravfallsströmmen”, förklarar Jackson.
Och vilken nivå av utsädesdödning uppnås av systemet vid stationär enhetstestning? "Vi får riktigt starka resultat över 98% effektivitet på vattenhampa och Palmer amaranth från forskning vid Central State University (CSU)," hävdar Jackson.
Kadens Lowell, ordförande för Agricultural Sciences Department vid CSU, testade en Destroyer-prototyp i en laboratoriemiljö och publicerade sina resultat i en rapport från juli 2021. Beträffande Förstörarens prestanda säger studiens slutsats: "Den minskade avsevärt den genomsnittliga procentuella totala grobarheten för 4 ogräsarter, morningglory, rävhirs, vanlig ragweed och pigweed. För frön som behandlats med riktad energi i 4 sekunder minskade den genomsnittliga totala grobarheten med 97-99 %."
Enligt Lowell visade den stationära enheten en hög effektivitetsnivå. "Den dödade nästan 100 % av ogräsfröet - fyra olika typer. Det verkar vara fröstorleksberoende; kanske ju större frö, mer exponering krävs."
Lowell har tillbringat en karriär inom ogräsvetenskap och tror att blått LED-ljus har stor potential som ogräsbekämpningskälla. ”På vårt universitet arbetar vi just nu med att få ut det här på fältet. Till exempel kommer vi att sätta LED-ljusteknik på automatiserade robotar för kontinuerliga körningar genom fältet på jakt efter ogräs.”
Om leveranssättet är fulländat, tror Lowell att blått LED-ljus kommer att bli ett bondverktyg för användning i radgrödor? "Ja, det gör jag, och det kan kombineras med olika våglängder av ljus för att göra det mycket effektivt, som en blandning med infraröd eller annan värmekälla. Jag vet att Global Neighbor har en formel som kan översättas till fältet eftersom vi har gjort det här i vår forskning.”
Blue Power
Under de senaste fem åren, Lauren Lazaro, en ogräsforskare vid Louisiana State University AgCenter i School of Plant, Environmental, and Soil Sciences, har tittat på alternativa metoder för bekämpning av ogräsfrö (HWSC) och utfört specifika forskningsförsök på frökvarnar, agnfoder och smal sträng brinnande.
I november 2021 fick hon en stationär enhet för Weed Seed Destroyer och testar enhetens effektivitet mot ogräsfrödödning i ris och sojabönor. "Vi kommer också att undersöka olika temperaturintervall för att bestämma vilken effekt det har på ogräsfrödödningshastigheten och hur det påverkar de morfologiska och fysiologiska egenskaperna hos framväxande ogräs," noterar Lazaro. "Vidare planerar vi att testa olika agnfuktighetsnivåer och se hur det kan påverka WSDS."
När grundforskningen är klar hoppas Lazaro kunna gå in i ett fältförsök med en skördetröska på plats. ”Jag vill förstå hur blå LED påverkar ogräsfrön i ett integrerat ogräshanteringssystem. Det faktum att detta är ett potentiellt alternativ är verkligen spännande, särskilt som en extra HWSC-taktik som potentiellt kan kräva mindre hästkrafter, mindre bränsle och mindre tid än andra HWSC-taktik. Om WSDS fungerar och det är mer kostnadseffektivt är jag helt för det.”
Utöver ogräsfrödödning har blått LED-ljus ytterligare användningsområden inom jordbruket som fröstimulering, säger Jackson, och BNI testar för närvarande andra LED-prototyper. "Just nu arbetar vi också på en enhet för att döda täckgrödor och vi kan vara redo den kommande våren för enradstest i Iowa, Minnesota och Nebraska. Och vi har precis lämnat in en patentansökan för en anordning för att använda blått ljus för att få ut frön ur marken snabbare. Som i, vi vet att du kan använda blått ljus för att positivt öka frötillväxten genom att sänka nivåerna."
Kraften i blått LED-ljus, insisterar Jackson, är en annalkande fördel för jordbruksmark: "Jag är en bondpojke från Ohio och jag har sett hur ag-teknologi har exploderat bara under min livstid. Vi planerar att bygga cirka 25 Weed Seed Destroyer-enheter 2022, 150 under 2023 och fortsätta uppåt. Blått ljus kommer att vara ett normalt verktyg för ogräshantering och det kommer att ske mycket snabbare än vad bönderna inser.”