SURPLUS Separation of weeds during harvesting and hygienisation to enhance crop productivity in the long term

Rapport 2019. Mål med prosjektet: Prosjektet Sweedhart, som omhandler separasjon av ugress under høsting og hygienisering for å forbedre avlingsproduktivitet på lang sikt, har som mål å redusere forekomsten av ugress og behovet for å bruke ugressmidler til fordel for andre metoder. Agner inneholder det meste av ugressfrøene, og disse har flere bruksområder. De teknologiske konseptene i Sweedhart er delt inn i 3 hovedpilarer: Pilar 1: Hygienisering av agner under høsting; Pilar 2: Potensiale for å utnytte store mengder ubrukt biomasse fra høsting; Pilar 3: Delvis høsting. NTNU undersøkte tilleggsverdien av agner gjennom kjernemagnetisk resonansspektroskopi (NMR) og statistikkanalyser. I løpet av prosjektet NTNU arbeidet med følgende: 1. I løpet av tidligere arbeid med prosjektet ble det funnet flere viktige forbindelser med tilleggsverdi i forskjellige deler av hveten: stengel, hveteaks, blader og agner. Våre funn viser at agner kan være en viktig kilde for industrirelevante forbindelser. For å utvide kunnskapen vår om næringsverdien til avlingers biprodukter, bestemte vi oss for å fastslå næringsverdien av agner fra andre planter. Vi bestemte den metabolske sammensetningen til agner fra tre planter: hvete, havre og bygg. 25 metabolitter ble påvist, kvantifisert og sammenlignet i agner utsatt for forskjellig behandling: aminosyrer (Val, Ile, Ala, Phe osv.); organiske syrer (eddiksyre, ravsyre, maursyre osv.); alkoholer, sukker og kvartære ammoniumforbindelser (kolin og betain). Selv om alle agnene som ble studert inneholdt lignende sett med metabolitter, var konsentrasjonene signifikant forskjellig mellom artene. Hveteagner har et høyt innhold av glutamat, alanin og leucin. Byggagner har signifikant høyere konsentrasjon av leucin. Havreagner har et høyere innhold av viktige organiske syrer som malat, succinat og fumarat. I vår tidligere rapport beskrev vi funn av forbindelsene kolin og betain i hveteagner, som har tilleggsverdi. Våre nyeste studier viser at andre typer agner også inneholder viktige mengder av disse forbindelsene. Bygg- og hveteagner inneholder liknende mengde av kolin (henholdsvis 0,015 og 0,017 g/kg). Havre inneholder 3 ganger mindre mengde. For bygg ble det funnet interessante resultater: Mengden betain i dens agner er 3 eller 2,5 ganger høyere sammenlignet med hvete og havre (henholdsvis 0,18; 0,06; 0,08 g/kg). Kort oppsummert: Agner av hvete og bygg har et høyere innhold av essensielle aminosyrer; bygg er en bedre kilde for betain og havre har høyere konsentrasjon av viktige organiske syrer (malat, succinat og fumarat). Disse funnene kan brukes for å videre utvikle prosessering av agner for å øke dens verdi eller verdien av dens bruk i mat eller som tilsetningsstoff. 2. Vi brukte multivariatanalyse for en statistisk ikke-målrettet beskrivelse av tre typer agner. Til dette formålet ble NMR-data ble brukt som innmat for prinsipal komponentanalyse (PCA). Tydelig gruppering av hvete, bygg og agnerprøver tyder på likheter i næringsinnhold innen hver type av agner, og signifikante forskjeller mellom plantene. Disse resultatene er viktige for å avgjøre ytterligere bruksområder for agner. Siden fabrikker som prosessere agner er avhengig av å få råmateriale (agner) med kjent kvalitet for verdiutvinning, kan en statistisk beskrivelse av agnermetabolomet brukes for å evaluere kvaliteten av råmaterialet. 3. I vår tidligere forskning utviklet vi statistiske modeller av forskjellige biprodukter av hvete (agner, stengel, hveteaks). Disse modellene gjør det mulig å oppdage tilstedeværelse av uønsket ugress innen delen som kan etterlates på åkeren. Modellene ble brukt for å oppdage ugress som åkerrevehale (Alopecurus myosuroides) eller rapsfrø i agner. 4. Under siste prosjektmøte ved NTNU (Trondheim) i 2018 ble det bestemt at vi og de involverte i prosjektet vil fortsette å kommunisere innen prosjektet i løpet av 2019 (utenom forskningsarbeid utført av hver enkelt gruppe), enten via e-post eller Skype. Flere møter og kommunikasjon mellom de involverte i prosjektet fant sted i løpet av 2019. Disse møtene hjalp til å fullføre arbeid innen prosjektet som hver enkelt part var involvert i, og det ble utarbeidet rapporter til respektive finansieringsbyrå og utarbeidet prosjektbrosjyre for FACCE (brosjyren er lagt ved Word-dokumentet). 5. I løpet av den rapporterte perioden arbeidet også NTNU-gruppen med forberedelser til to manuskripter basert på prosjektresultatene: «Evaluering av glyfosatsyklus innen hvete ved bruk av NMR-spektroskopi». Det andre manuskriptet, «Evaluering av næringsverdien til bygg-, havre- og hveteagner ved bruk av NMR-spektroskopi», er basert på de nevnte dataene om NMR-metabolittstudier av forskjellige agner. Utdypning av disse statistiske resultatene er under arbeid. Forberedelse av manuskriptene har involvert nyttige tilbakemeldinger fra kolleger.

The project was accomplished in a full agreement to the original application. The project activities were performed both on the lab scale and during performed field studies. The obtained results were disseminated through the reported publications and the relevant research conferences. The project outcomes have impact both at academia, agricultural business and relevant stakeholder?s levels.

During last years weed pollution of fields becomed an increasing problem. Use of herbicides is main method to control weeds but the existing herbicides become more ineffective due to evolution and spread of herbicide resistant weeds. Alternatives to design new herbicides are depleted leading to new weed problems worldwide. Thus it is crucial to solve the problem of weed infestation that poses threat to food security. Sweedhart tackles this problem by study alternative concepts to reduce fields weed pollution without herbicide use, and to increase biomass production using chaff. 25% of all biomass in crop production is chaff and usually it remains unused after harvesting. This fraction contains huge amounts of mature and vigor weed seeds; notwithstanding it is returned to fields without treatment despite its usability for energetic and material purposes. This procedure provides next generation of abundant weeds on fields. One concept of Sweedhart is to thermally disinfect weed seeds during harvesting by machine internal waste heat from the harvester exhaust gases to inhibit germination ability. Sweedhart scrutinizes the viability and dimension of impact mitigation from weed pollution control. Further concepts will study innovative handling of chaff to reduce fields weed pollution. This will encompass options for chaff collection, its removal from the field, and studies on chances for further chaff use. The project supposes chaff use in energetic processes, as material and as potential feed source. Using it for energetic purposes as renewable source, CO2-emissions can be reduced.The project outcome will provide catalogue of successful, sustainable measures to hamper field weed pollution to counteract growing problems of herbicide resistant, invasive weeds. At the same time, the measures include significant potential to intensify sustainably agriculture in gaining new biomass fractions for energetic, material or feed use to follow the route towards a bio-based economy.