En lugar de las costosas desbrozadoras eléctricas, la desyerbadora japonesa es un dispositivo recientemente desarrollado para la destrucción de las malas hierbas que aparecen en los campos mediante una descarga de arco.
El principio de funcionamiento del electropastor contra las malas hierbas fue descrito por los creadores del método Yoshinori Matsuda, Yoshihiro Takikawa, Kunihiko Shimizu, Shin-ichi Kusakari, Hideyoshi Toyoda en un artículo publicado en la revista Agronomy 2023 en el portal MDPI.
“El control de malezas es esencial para la producción sostenible de cultivos. Durante medio siglo, nos hemos basado casi exclusivamente en métodos herbicidas, lo que ha llevado a la resistencia de las malas hierbas a las principales clases de herbicidas y al debate público sobre las consecuencias ambientales del uso generalizado de herbicidas.
Los métodos biológicos y físicos pueden integrarse en los sistemas generales de protección de plantas como una alternativa a los productos químicos.
El uso de bioherbicidas es una nueva forma de controlar las malas hierbas en la agricultura sostenible. Los bioherbicidas incluyen fitotoxinas vegetales, aleloquímicos y fitotoxinas fúngicas. La aplicación directa de insectos herbívoros vivos o patógenos fúngicos es otra opción para el control biológico de malezas. Sin embargo, se ha logrado poco progreso práctico porque es difícil mantener un control efectivo, la preparación del agente es problemática, los objetivos de aplicación son pocos y los costos son altos.
Los principales métodos tradicionales utilizados para el control físico de las malas hierbas incluyen cubrir la superficie del suelo con una película de mantillo, segar, quemar y arar. El deshierbe eléctrico, al igual que los bioherbicidas, son métodos nuevos que a menudo se consideran en los últimos tiempos.
Algunos estudios han sugerido el uso de desbrozadoras eléctricas y robóticas para reducir la intensidad de mano de obra de estas operaciones. Sin embargo, el alto costo de estos desmalezadores limita su uso generalizado, especialmente en los países en desarrollo.
Los métodos electrostáticos brindan formas adicionales de eliminar las malas hierbas en la etapa de germinación del suelo al exponer directamente los brotes jóvenes a una descarga de arco (chispa) de alto voltaje que se genera en el espacio entre los conductores. Las plántulas de malas hierbas que aparecen en el suelo actúan como un conductor biológico, recibiendo una descarga de un conductor cargado.
El objetivo general del presente estudio fue probar un método de control de malezas práctico y de bajo costo en el que se colocaron un par de mallas metálicas conectadas a tierra cargadas (G-MN) en un campo para matar las plántulas de malezas que emergen del suelo. El armazón del aparato es simple y fácil de fabricar a partir de materiales comúnmente disponibles.
El objetivo principal era cargar de forma segura la red metálica con un generador de voltaje, la única parte eléctrica de este aparato.
Este sistema adopta un generador de voltaje negativo de tipo de carga por pulsos que se usa para cercas eléctricas. Las cercas eléctricas, o pastores eléctricos, se instalan en todas partes para ahuyentar a los animales salvajes o pastar al ganado. Los accidentes que involucran cercas eléctricas agrícolas son muy raros. Aunque el contacto humano no intencional con una cerca eléctrica ocurre regularmente, solo causa molestias temporales. En consecuencia, este tipo de generador de voltaje se considera seguro.
El método de arco eléctrico se desarrolló originalmente para evitar la anidación de los gorgojos del arroz en los granos de arroz secos.
La formación de arco es un fenómeno eléctrico causado por el movimiento de una carga negativa, mediada por alto voltaje, en el aire entre polos eléctricos opuestos. La intensidad del arco está determinada por el voltaje aplicado al conductor y la distancia entre los polos opuestos. El arco generado por el generador de voltaje tipo pulso es suficiente para un control de malezas eficiente y rápido.
Por lo tanto, hemos desarrollado el «Electric Discharge Weed Killer» (EDWZ) y determinado la frecuencia de descarga de arco pulsado requerida para matar las plántulas de plantas mono y dicotiledóneas. Con base en estos resultados, evaluamos las capacidades de control de malezas de EDWZ y proporcionamos una base experimental para el desarrollo del método de desherbado electrostático.
Se tomaron dos mallas idénticas de acero inoxidable expandido para hacer el dispositivo de descarga de arco.
Una de las rejillas metálicas se fijó horizontalmente con una abrazadera de plástico y se conectó a un generador de pulsos de voltaje negativo alimentado por energía solar (intervalo de pulso 1 s; voltaje de operación 10 kV). Tal generador se usa comúnmente en cercas eléctricas para asustar a los animales salvajes y alejarlos de los cultivos.
Otra malla metálica se conectó a una línea de tierra y se colocó en un banco de laboratorio de tijera horizontal para variar el espacio entre las dos mallas.
Un generador de voltaje negativo amplificó el voltaje inicial (12 V) hasta alcanzar el voltaje deseado (10 kV). El generador extrae una carga negativa de la tierra usando este voltaje y la aplica a un conductor conectado al generador de voltaje. Una carga negativa se acumula en la superficie de un conductor cargado y forma un campo eléctrico (campo eléctrico monopolar) en el espacio circundante.
Si un conductor puesto a tierra está dentro de un campo eléctrico, la carga negativa en el conductor cargado empuja la electricidad negativa (electrones libres) fuera del conductor puesto a tierra por inducción electrostática. El conductor conectado a tierra se electrifica positivamente y las cargas opuestas en las rejillas forman un campo eléctrico dipolar. El conductor de tierra electrificado positivamente actúa como un polo receptor de la carga negativa liberada del conductor cargado negativamente por medio de una descarga de arco. Por lo tanto, la chispa ocurre cuando se forma un campo eléctrico dipolar entre conductores con carga opuesta. En este experimento, el G-MN se acercó a una rejilla metálica cargada negativamente (NC-MN) elevando gradualmente la plataforma del gato,
Imagen tecnológica cortesía de los autores mencionados anteriormente.
Configuración experimental generando una descarga de arco. (A) Malla de acero inoxidable de malla de diamante de 2 mm conectada a un generador de voltaje y una línea de tierra. (B) Generador de voltaje de conmutación equipado con panel solar y batería. (C) Configuración del instrumento (sección transversal) que constaba de dos mallas metálicas expandidas (EMN) idénticas: una se mantuvo en posición horizontal y se conectó a un generador de voltaje negativo (NVG) y la otra se conectó a una línea de tierra y se colocó en una plataforma horizontal de gatos de laboratorio (LJS) para que su altura se pueda ajustar en relación con la rejilla metálica puesta a tierra (G-MN). (D, E) Representación esquemática de un campo eléctrico monopolar (MP-EF) que rodea una malla metálica cargada negativamente (D), y un campo eléctrico dipolar (DP-EF) formado entre dos rejillas metálicas (E). G-MN se acercó a la rejilla metálica superior cargada, elevando gradualmente la plataforma del gato. La descarga del arco (flecha roja) ocurrió cuando el G-MN ingresó al MP-EF y formó un DP-EF entre dos rejillas metálicas. Esta distancia ha sido referida como la distancia del arco. La flecha negra representa la dirección de la carga negativa.
Representación esquemática proporcionada por los autores de la herramienta más experimental utilizada para matar plántulas de malezas que emergen del suelo (vista transversal).
La rejilla metálica superior expandida se conectó a un generador de voltaje negativo (NVG) de tipo pulso y la rejilla inferior se conectó a una línea de tierra. (A) Se produjo una descarga de arco entre dos rejillas metálicas paralelas entre sí y separadas por una distancia de 5 mm (distancia de arco, AD). Se formó un campo eléctrico dipolar (DP-EF) entre las dos rejillas. (B) El instrumento se fabricó colocando un marco cuadrado de polipropileno (SPF) (6 mm de altura) entre NC-MN y G-MN para mantener la distancia libre de arco (NAD) y se colocó en el suelo en una bandeja (ST) que contenía semillas de plantas sembradas. El arco se produjo en la dirección de la plántula de la planta (PS) cuando llegó a MP-EF NC-MN. La flecha negra representa el movimiento de electricidad negativa de tierra a tierra.
En pocas palabras, la configuración propuesta consistía en mallas metálicas de doble vuelta conectadas a un generador de voltaje negativo de tipo de carga por pulsos y una línea conectada a tierra. Se colocaron dos rejillas metálicas en paralelo con una separación (6 mm) que no provocó una descarga de arco (chispa) entre la rejilla metálica cargada negativamente (NC-MN) y la rejilla metálica conectada a tierra (G-MN).
Se usaron redes emparejadas como cobertura del suelo para matar las malas hierbas que emergían del suelo. Dado que las plántulas de plantas son conductoras biológicas, la plántula se sometió a una descarga de arco desde la malla metálica superior (NC-MN) mientras salía del suelo y pasaba a través de la malla inferior (G-MN).
La descarga fue lo suficientemente fuerte como para destruir el brote con un solo impacto. La labranza por arco ha demostrado ser muy eficaz para controlar la aparición sucesiva de malas hierbas mono y dicotiledóneas, independientemente del número de malas hierbas coexistentes y del área sembrada.
Por lo tanto, hemos propuesto un herbicida electrostático único. Debido a su diseño simple, puede fabricarse a bajo costo con materiales comunes sin necesidad de habilidades especiales de construcción.
El uso de un generador de voltaje de carga por pulsos, que se usa comúnmente en cercas eléctricas para ahuyentar a los animales salvajes, ha reducido el costo total de producción. El generador de voltaje fue alimentado por una batería alimentada por un panel solar; por lo tanto, no fue necesario equipar el aparato con cableado eléctrico. Este equipo económico debería ser aceptable para muchos agricultores para su uso como herramienta de control de malezas. Además, el dispositivo es resistente a la intemperie para que pueda usarse al aire libre durante mucho tiempo. Es importante señalar que una descarga de arco exitosa depende de la conductividad de las malas hierbas, y todas las malas hierbas que entren en el campo eléctrico deben ser destruidas, independientemente de sus características biológicas.
Ahora queda determinar cómo manejar adecuadamente las malas hierbas en un campo adyacente a las plantas cultivadas sin dañar el cultivo, y cómo aplicar el dispositivo en paisajes irregulares y combinar con el paso de maquinaria agrícola, por ejemplo, con un tractor”.
Basado en un artículo de un grupo de autores Yoshinori Matsuda, Yoshihiro Takikawa, Kunihiko Shimizu, Shin-ichi Kusakari, Hideyoshi Toyoda (Laboratorio de Ciencia y Tecnología de Fitoprotección, Facultad de Agricultura, Universidad de Kindai; Centro de Plantas, Instituto de Tecnología Avanzada, Universidad de Kindai; Asociación de Investigación de Escudo de Campo Eléctrico; Mikado Kyowa Seed, Co., Ltd.).
La foto del título, proporcionada por dicho grupo de autores del estudio, muestra el funcionamiento del dispositivo EDWZ. (A–C) Control de malezas apilando 20 dispositivos EDWZ vinculados al comienzo del experimento (A) y 3 meses después (B, C). La imagen en C es una imagen ampliada de B. (D, E) supresión de malezas con seis EDWZ conectados al comienzo del experimento (D) y 3 meses después (E). Las malas hierbas no aparecieron en las áreas cubiertas con la red, pero las libres aparecieron en abundancia.
