Divisjon for bioteknologi og plantehelse
RessursRetur – Ny vanndampteknologi omdanner biologisk forurensede jordmasser og planteavfall til nye ressurser
Slutt: sep 2025
Start: apr 2021
Ved utbygging av veier, jernbane og eiendommer flyttes store mengder matjord. Dersom jorda inneholder ugras, plantesjukdommer eller skadedyr (nematoder) som er forbudt å spre, må jorda deponeres som avfall og går tapt som ressurs for produksjon av mat. Planteavfall fra produksjon og import av grønnsaker er en annen ressurs som ikke utnyttes i dag på grunn av risiko for spredning av planteskadegjørere.
Prosjektmedarbeidere
Christer Magnusson Lars Olav Brandsæter Therese With Berge Erik J. Joner Marit Skuterud Vennatrø Belachew Asalf Tadesse Zahra Bitarafan Inger Sundheim Fløistad
| Status | Pågående |
| Start- og sluttdato | 01.04.2021 - 30.09.2025 |
| Prosjektleder | Wiktoria Kaczmarek-Derda |
| Divisjon | Divisjon for bioteknologi og plantehelse |
| Avdeling | Skadedyr og ugras i skog-, jord- og hagebruk |
| Totalt budsjett | 7800000 |
"RessursRetur" er et 4-årig prosjekt som eies av SoilSteam International AS. Samarbeidspartnere er NIBIO, Toten Løkpakkeri AS, Larvik Løk AS, Lindum AS, NMBU, Norsk Landbruksrådgiving og Statens vegvesen. I prosjektet testes ny norsk teknologi der vanndamp under vakuum brukes til å rense jordmasser og planteavfall for ugras, plantesjukdommer og skadedyr (nematoder). Prosjektet skal finne kombinasjoner av varme og tid som sikrer at alle planteskadegjørere blir uskadeliggjort, med lavest mulig energiforbruk.
Dampanlegget vil bidra til at jordmasser og planteavfall som før gikk tapt, kan renses og bli til verdifulle produkter som trygt kan brukes til matproduksjon. Slik muliggjøres en bærekraftig resirkulering av ressursene som før var problemavfall. Anlegget skal være mobilt slik at det skal kunne brukes direkte på utbyggingsområder, gårder eller pakkerier, dermed vil også behovet for transport av planteavfall og store volum av masser reduseres.
Hovedaktiviteter H1 – H5
I Hovedaktivitet H1 - "Å kvantifisere effekten av damping av jord på utvalgte uønskede organismer" har vi i 2021 - 2024 utført forsøk med ulike temperaturer og eksponeringsvarigheter. Jord eller kompostblanding har vært brukt som dekkemateriale. SoilSteam International AS sitt stasjonære dampeforskningsanlegg plassert på Ås var brukt til forsøkene. To dampemetoder har vært testet 1) direkte damping av nedgravd formeringsmateriale og 2) eksponering av skadegjørerens formeringsmateriale for varme etter damping av jordmasser. For hver jordtype og kompostblanding ble forsøksmaterialet utsatt for temperaturer fra 60 til 99°C og varigheter 3 minutter og 3 minutter + 24 timer. Temperaturen i jordmassene og kompostblandinga ble overvåket ved hjelp av temperatursensorer. Ferdig behandlet formeringsmateriale ble overført til forsøksveksthus (plantemateriale) eller laboratorier (sopp og nematoder) for videre overlevelsesvurderinger.
I Aktivitet H1.1,"Optimale dampdoser for utvalgte plantearter" har vi i 2021 - 2024 undersøkt damping av plantearter med frøformering og plantearter med vegetative formeringsorganer for termisk bekjempelse av invaderende plantearter. Totalt 41 populasjoner til 23 plantearter ble inkludert i hele forsøksperioden. Resultater viser at damp kan effektivt drepe formeringsorganer til uønskede plantearter, men effekten varierer mellom arter. Den høyeste graden av dødelighet hos de testede planteartene var oppnådd ved bruk av 99°C × 3 minutter eller 60°C × 24 timer.
I Aktivitet H1.2 « Effekt av damping på hvilesporer/sclerotier av Sclerotinia spp.» har vi i 2021 -2024 testet damping på sclerotia fra Sclerotinia sclerotiorum (forårsaker storknolla råtesopp i mange planter) og Stromatinia cepivora (årsaken til løkhvitråte ). Sclerotia fra begge arter ble plassert i polyesterposer og utsatt for damping. Eksperimentet ble gjentatt to ganger. I tillegg testet vi lavere temperaturer (35 til 60 °C) i 3 minutter i et varmtvannsbad. Resultatene viser at temperaturer over 60 °C i 3 minutter effektivt skadet sclerotia og drepte Stromatinia cepivora sammenlignet med den ubehandlede kontrollen.
I Aktivitet H1.3 "Overlevelse og infeksjonspotensiale til planteparasittære nematoder (Globodera rostochiensis og Meloidogyne hapla)" har vi i 2021 – 2024 utført dampeforsøk med artene G. rostochiensis, G. pallida og M. hapla. Resultatene så langt har vist at damping med temperaturer over 70°C har negativ effekt på G. rostochiensis og vil påvirke overlevelse betydelig. Infeksjonsforsøket støttet opp under klekkeforsøket, og vist at G. rostochiensis ikke klarer å reprodusere på potet etter behandling med temperaturer over 70 °C. I 2022 ble G. pallida også tatt inn i forsøkene. Det ble utført klekkeforsøk og infeksjonsforsøk for G. pallida i 2022 og 2023. Høsten 2022 importerte vi en ny ren populasjon M. hapla fra Nederland, og har etter det hatt flere runder med vellykket oppformering av M. hapla på gulrot i vekstrom. Vi kunne derfor ta inn M. hapla i dampeforsøket høsten 2023, og har satt i gang både klekkeforsøk og infeksjonsforsøk som ble ferdigstilt vinteren 2024. Dataene fra siste forsøk er under behandling.
I Hovedaktivitet H2 «Effekt av damping og kompostering på overlevelse og infeksjonsevne av løkhvitråte» har vi i 2022 – 2024 gjennomført eksperimenter for å vurdere effekten av damping og kompostering på levedyktigheten og infektiviteten til Stromatinia cepivora. Resultatene viste at damping med temperatur over 60 °C, kompostering alene til modningsstadiet, og kombinasjonen av damping og kompostering opp til modningsstadiet effektivt desinfiserte løkavfall eller jord kontaminert med Stromatinia cepivora. Av sikkerhetsgrunner anbefaler vi å kombinere damping med kompostering til modningsstadiet av komposteringsprosessen for å desinfisere løkavfall eller jord kontaminert med Stromatinia cepivora.
I Hovedaktivitet H3, «Beskrive effekten av damping på jord- og kompostkvalitet, inkludert rekolonisering av jordliv og kompost-organismer», - har NIBIO i 2022 – 2024 forberedt forsøk med damping av jord i samarbeid med Lindum og SoilSteam som har inkludert møter og befaring av dampanlegg.
Komposteringsdelen av arbeidspakken har omfattet forsøk på løkpakkingsanleggene i Larvik og på Toten, diskusjon omkring kompostering som allerede foretas der, materialkvalitet og tilgang på materialer som brukes til samkompostering for å sikre lufttilgang m.m. Det ble satt i gang et forsøk med rankekompostering for måling av overlevelse av løkhvitråte-sklerotier ved bruk av nettposer med temperaturloggere som skal utføres på de to anleggene. Forsøket ferdigstilles i vår 2025.
Materialer brukt hos Toten Løk ble fraktet til NIBIO og utprøvd i småskala forsøk med ulike materialer og blandingsforhold der temperatur, oksygen og CO2 ble overvåket, og der kompostert materiale ble vurdert i etterkant mht. ammoniakkutvikling, fukt m.m. Senere ble det igangsatt et mellomskala komposteringsforsøk der hhv. dampbehandlete og ikke dampbehandlete (spiredyktige) enheter av fremmede invaderende planter og skadegjørere i løk ble tilsatt ved oppstart av komposteringen. Komposteringen var utformet slik at temperaturene i termofil fase skulle nå 60 °C. Dette ble oppnådd og dokumentert med temperaturlogging. Frø og sklerotier ble så dels tatt ut etter termofil fase, mens parallelle behandlinger ble kompostert videre inn i en modningsfase. Spiredyktighet ble testet etter høsting.
I Hovedaktivitet H4, «Design av metodikk for dampanlegget», – har SoilSteam i 2021 – 2024 jobbet med utvikling av fullskala maskiner basert på resultater fra RessursRetur. Prototypemaskinen (S30) som ble langtidstestet i 2022 hadde en kapasitet på 3-5 tonn per time. Det ble forespeilet at de store anleggsaktørene ville ha bruk for en større maskin ute i anlegg og på eventuelle massehåndteringsplasser. Derfor ble det gjennom 2022 og 2023 designet og utviklet en dobbelt så stor maskin, med noen tekniske justeringer. I dag har det blitt produsert 4 slike maskiner med kapasitet på 20-25 tonn per time. To av disse maskinene er allerede solgt og første maskinen er allerede i drift hos Bergknapp. Den andre kunden vil få levert maskinen i løpet av desember. Den tredje maskinen fungerer som en demonstasjonsmaskin for potensielle kunder i inn og utland.
I 2023 -2024 har det pågått et standardiserings arbeid, med å etablere og jobbe frem en ny norsk standard for varmebehandlet jord. Dette er svært viktig arbeid for videreføringer av utviklingen og ikke minst bruken av det resirkulerte produktet. Standardiseringsarbeidet gjøres i tett dialog med blant annet bransjeorganisasjoner. I tillegg til dette arbeidet har SoilSteam i 2023 0g 2024 deltatt som en aktiv aktør innenfor arbeidet som gjøres rundt bærekraftig massehåndtering.
I Hovedaktivitet H5.1, «Koordinering», ble i 2021 – 2024 gjennomført et digitalt oppstartmøte den 26. august 2021, tre prosjektårsmøter for alle prosjektdeltagere (fysisk og teams) og tre styringsgruppemøte (fysisk og teams) den 5. april 2022, den 19. april 2023 og den 19. april 2024.
Videre ble det utført flere møter på hovedaktivitetsnivå for å planlegge og gjennomføre forskningsaktiviteter. SoilSteam International AS sitt stasjonære dampeforskningsanlegg (plassert på Ås) var brukt til forsøkene da storskala maskiner viste seg utilgjengelig for mer omfattende testing, men noen få enkle tester med utvalgte plantearter ble gjennomført av Lindum AS på et større dampeanlegg i 2022, 2023 og 2024. Lindum AS har levert jord og Toten Løkpakkeri AS har levert løkavfall/kompostblanding til de gjennomførte forsøkene. Alle partnere har samarbeidet for å nå målene i prosjektperioden 2021 – 2024.
Hovedaktivitet H5.2, «Formidling». Alle prosjektpartnere har deltatt i formidling av resultater.
Publikasjoner i prosjektet
Sammendrag
Det er ikke registrert sammendrag
Forfattere
Zahra Bitarafan Wiktoria Kaczmarek-Derda Therese With Berge Carl Emil Øyri Inger Sundheim FløistadSammendrag
BACKGROUND As regulations on pesticides become more stringent, it is likely that there will be interest in steam as an alternative approach for soil disinfestation. This study investigates the feasibility of utilizing a soil steaming device for thermal control of invasive plants. RESULTS Seeds of Echinochloa crus-galli, Impatiens glandulifera, Solidago canadensis, and rhizome fragments of Reynoutria × bohemica were examined for thermal sensitivity through two exposure methods: (1) steam treatment of propagative material in soil; (2) exposure of propagative material to warm soil just after heated by steam. Soil temperatures in the range of 60–99 °C and dwelling period of 3 min were tested. Increased soil temperature decreased seed germination/rhizome sprouting. The exposure method had a significant effect where higher temperatures were needed to reduce the seed germination/rhizome sprouting in method 2 explained by the effect of extra heat given in method 1. Using method 1, for E. crus-galli and S. canadensis, the maximum mean temperature of approximately 80 °C was enough to achieve the effective weed control level (90%). This was lower for I. glandulifera and higher for R. × bohemica. Using method 2, 90% control was achieved at 95 °C for S. canadensis; more than 115 °C for I. glandulifera; and more than 130 °C for E. crus-galli and R. × bohemica. CONCLUSION Our findings showed a promising mortality rate for weeds propagative materials through soil steaming. However, the species showed varying responses to heat and therefore steam regulation should be based on the differences in weeds' susceptibility to heat.
Sammendrag
Det er ikke registrert sammendrag
Sammendrag
Det er ikke registrert sammendrag
Sammendrag
Det er ikke registrert sammendrag
Forfattere
Marit Skuterud VennatrøSammendrag
The purpose of the experiment was to investigate whether the Potato Cyst Nematode (PCN) will survive steam treatment in SoilSaver. The results from the SoilSaver experiments show that heat treatment with steam affects PCN’s ability to hatch from the eggs. Juveniles who did hatch, died shortly after. No larvae or eggs that survived the treatment were found in any of the replications.
Sammendrag
Det er ikke registrert sammendrag
Forfattere
Zahra BitarafanSammendrag
Det er ikke registrert sammendrag
Forfattere
Zahra BitarafanSammendrag
Det er ikke registrert sammendrag
Sammendrag
Det er ikke registrert sammendrag
Forfattere
Marit Skuterud VennatrøSammendrag
Potetcystenematode (PCN) er en karanteneskadegjører som utgjør en stor risiko for norsk potetproduksjon, både fordi den vil gjøre stor skade og være svært vanskelig å bekjempe ved etablering. For å beskytte norsk potetproduksjon og unngå spredning til nye arealer forvaltes derfor PCN av et strengt regelverk.
Sammendrag
Reusing soil can reduce environmental impacts associated with obtaining natural fresh soil during road construction and analogous activities. However, the movement and reuse of soils can spread numerous plant diseases and pests, including propagules of weeds and invasive alien plant species. To avoid the spread of barnyardgrass in reused soil, its seeds must be killed before that soil is spread to new areas. We investigated the possibility of thermal control of barnyardgrass seeds using a prototype of a stationary soil steaming device. One Polish and four Norwegian seed populations were examined for thermal sensitivity. To mimic a natural range in seed moisture content, dried seeds were moistened for 0, 12, 24, or 48 h before steaming. To find effective soil temperatures and whether exposure duration is important, we tested target soil temperatures in the range 60 to 99 C at an exposure duration of 90 s (Experiment 1) and exposure durations of 30, 90, or 180 s with a target temperature of 99 C (Experiment 2). In a third experiment, we tested exposure durations of 90, 180, and 540 s at 99 C (Experiment 3). Obtaining target temperatures was challenging. For target temperatures of 60, 70, 80, and 99 C, the actual temperatures obtained were 59 to 69, 74 to 76, 77 to 83, and 94 to 99 C, respectively. After steaming treatments, seed germination was followed for 28 d in a greenhouse. Maximum soil temperature affected seed germination, but exposure duration did not. Seed premoistening was of influence but varied among temperatures and populations. The relationships between maximum soil temperature and seed germination were described by a common dose–response function. Seed germination was reduced by 50% when the maximum soil temperature reached 62 to 68 C and 90% at 76 to 86 C. For total weed control, 94 C was required in four populations, whereas 79 C was sufficient in one Norwegian population.
Sammendrag
Soil disinfestation by steaming is being reconsidered for its efficiency in controlling or even eradicating pathogens, nematodes and weed seeds, particularly to avoid excess use of pesticides. Most weeds within a field result from seeds in the soil seedbank and therefore management of weed seeds in the soil seedbank offers practical long-term management of weeds, especially those difficult to control. We investigated the possibility of thermal control of seeds of grass weeds Bromus sterilis (barren brome) and Echinochloa crus-galli (barnyardgrass) using a prototype of a soil steaming device. Five different soil temperatures of 60, 70, 80, 90 and 99°C with an exposure duration of 3 min were tested. Four replications of 50 seeds of each species were placed in polypropylene-fleece bags. Bags in the same replicate of each target temperature were placed at the bottom of one plastic perforated basket container and covered by a 7-cm soil layer. Each basket was placed in the steaming container and steam was released from the top and vacuumed from the bottom of the container. Soil temperature was monitored by 10 thermocouples and steaming was stopped when 5 of the thermocouples had reached the target temperature. The basket was then removed from the steaming container after 3 min exposure time. Bags were taken out, opened, placed on soil surface in pots and covered by a thin layer of soil. Seed germination was followed for 8 weeks in the greenhouse. Non-steamed seeds were used as controls. It was shown that soil temperatures of 60, 70, 80, 90 and 99°C lasting for 3 min reduced the seed germination of barren brome by 83, 100, 100, 95 and 100% and seed germination of barnyardgrass by 74, 69, 83, 89 and 100% respectively, compared to the controls. Germination rate of control seeds were 94 and 71% for barren brome and barnyardgrass, respectively. These results show a promising seed mortality level of these two weed species by steaming and that steam is a potential method to control weed seeds, however further studies are needed to investigate the effect of other factors such as soil type and moisture content. Keywords: Non-chemical weed control, thermal soil disinfection, weed seedbank
Sammendrag
Invasive plant propagative material can be introduced to new regions as contaminants in soil. Therefore, moving soil should be done only when the soil has been verified to be free of invasive species. Stationary soil steaming as a non-chemical control method has the potential to disinfect soil masses contaminated with invasive species. We investigated the possibility of thermal control of propagative material of Bohemian knotweed (Reynoutria × bohemica) in two experiments using a prototype of a soil steaming device. Five soil temperatures of 60, 70, 80, 90 and 99 °C with an exposure duration of 3 min were tested. In each replicate and target temperature, rhizome cuttings containing at least two buds and shoot clumps were placed at the bottom of a plastic perforated basket and covered by a 7-cm soil layer. Each basket was placed in the steaming container and steam was released from the top and vacuumed from the bottom. Soil temperature was monitored by 10 thermocouples and steaming was stopped when 5 of the thermocouples had reached the target temperature. The basket was then removed from the steaming container after 3 min. Plant materials were taken out and planted in pots. Buds sprouting was followed for 8 weeks. Non-steamed plant materials were used as controls. Results showed 100% rhizome death at soil temperatures of ≥70 and 99 °C in the first and second experiments, respectively. Shoot clumps death was obtained at ≥90 °C in both experiments. These results showed that steaming at 99 °C for 3 min can guarantee control of Bohemian knotweed in infested soils supporting the steam treatment as a potential method of disinfecting soil against invasive species. However, depending on the intended re-use of the soil, further studies are needed on the effect of potential negative impacts of high temperatures on the soil quality.
Sammendrag
Established invasive alien plant species make it difficult and costly to move and make use of infested soil in public and private construction work. Stationary soil steaming as a non-chemical control method has the potential to disinfect soil masses contaminated with seeds and other propagative plant materials. The outcome can vary depending on steaming temperature and duration. Higher temperatures and longer durations are relatively more efficient but may also have side-effects including change in soil physical and chemical characteristics. Barnyard grass (Echinochloa crus-galli) is among troublesome invasive species in Norway. We have tested different steam duration at 99°C to find the possible lowest effective exposure duration for killing seeds of this annual grass species. Four replications of 40 barnyard grass dry seeds of one population were placed in polypropylene-fleece bags (9*7 cm), moistened for 12 hours, and covered by the soil at a depth of 7 cm in 60*40*20 cm boxes. The boxes with soil and bags were steamed at 99°C for 1.5, 3 and 9 min. The bags including steamed seeds were taken out, opened, placed on soil surface in pots and covered by a thin layer of soil. The pots were placed in greenhouse and watered from below and seed germination was followed for a month. Moistened non-steamed seeds were used as control. It was shown that steaming at 99°C gave 0% germination indicating that 100% of the seeds were killed regardless of exposure duration while in the control seed germination was 100%. Consequently, to achieve an efficacy of 100%, exposure duration of 1.5 min would be enough. Finding the lowest possible steam temperature and exposure duration to get the highest possible seed killing in a seed mixture of different plant species as well as other factors to increase the heat transferability are under investigation. Keywords: Echinochloa crus-galli; Resource recovery; Steaming temperature and duration; Thermal soil disinfection
Sammendrag
Eradication of alien invasive species in the soil with steam as an alternative to chemical fumigation may allow contaminated soil to be reused. We have investigated steam disinfestation of soil to combat invasive plant species in three experiments including different temperatures and exposure durations using a prototype stationary soil-steaming device. The experiments included effects on seed germination of bigleaf lupine (Lupinus polyphyllus Lindl.), ornamental jewelweed (Impatiens glandulifera Royle), and wild oat (Avena fatua L.; one population from Poland and one from Norway), as well as effects on sprouting rhizome fragments of Canada goldenrod (Solidago canadensis L.) and Bohemian knotweed (Reynoutria x bohemica Chrtek & Chrtková). In Experiment 1, we tested four different soil temperatures of 64, 75, 79, and 98 C with an exposure duration of 90 s. In Experiments 2 and 3, we tested exposure durations of 30, 90, and 180 s and 90, 180, and 540 s, respectively, at 98 C. Seed pretreatment of 14 d cooling for L. polyphyllus and I. glandulifera, no seed pretreatment and 12-h moistening for A. fatua populations, and 5- and 10-cm cutting size for R. x bohemica were applied. Our results showed germination/sprouting was inhibited at 75 C for I. glandulifera (for 90 s) and 98 C for the other species; however, longer exposure duration was needed for L. polyphyllus. While 30 s at 98 C was enough to kill A. fatua seeds and S. canadensis and R. x bohemica rhizome fragments, 180-s exposure duration was needed to kill L. polyphyllus seeds. The results showed promising control levels of invasive plant propagules in contaminated soil by steaming, supporting the steam treatment method as a potential way of disinfecting soil to prevent dispersal of invasive species.