韓吉書 宋甲斌

前言

2000多年前嫁接技術(shù)起源于中國[1]，最初目的是為了保存和延續(xù)優(yōu)質(zhì)果樹資源。1925年日本將嫁接技術(shù)引入蔬菜育苗產(chǎn)業(yè)[1]，解決了因蔬菜重茬而導(dǎo)致的病蟲害發(fā)生嚴(yán)重等問題。通過嫁接育苗能夠有效提高蔬菜產(chǎn)量，改善產(chǎn)品品質(zhì)，保障市場供應(yīng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國每年蔬菜育苗移栽面積超過1000萬hm2，蔬菜移栽苗需求量超過6800億株[9]。目前，約有30%的黃瓜和40%的西瓜采用嫁接苗栽培[2]，番茄、辣椒、茄子等蔬菜也開始廣泛應(yīng)用嫁接育苗技術(shù)。由于人工嫁接育苗效率低，質(zhì)量參差不齊，制約了育苗企業(yè)的快速發(fā)展，無法滿足蔬菜生產(chǎn)對(duì)嫁接苗日益增長的需求，開發(fā)機(jī)械化嫁接技術(shù)成為蔬菜育苗產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

嫁接作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)

嫁接機(jī)的發(fā)展歷程

嫁接技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

溫室大棚等設(shè)施反季節(jié)蔬菜栽培，由于產(chǎn)量高、經(jīng)濟(jì)效益好，種植面積逐年擴(kuò)大，全國設(shè)施蔬菜面積已經(jīng)達(dá)到370萬hm2 [8]。由于溫室大棚特殊的固定設(shè)施栽培模式，種植者長期在同一塊地重復(fù)種植同一種作物，同一物種會(huì)在土壤中釋放次級(jí)代謝物，容易產(chǎn)生連作障礙，出現(xiàn)產(chǎn)量低、抗逆性差等問題;多年重復(fù)種植同一作物，還會(huì)造成病蟲害在土壤中逐漸積累，導(dǎo)致土傳病蟲害逐年加重[4]，如枯萎病、細(xì)菌性青枯病、根結(jié)線蟲病等，造成減產(chǎn)甚至絕收，給蔬菜安全生產(chǎn)造成極大威脅。選擇合適的近親植物作為砧木，通過種苗嫁接技術(shù)，可以有效的克服連作障礙，提高蔬菜對(duì)枯萎病、青枯病、根結(jié)線蟲病等多種病原物的抗性[4]，種苗嫁接已經(jīng)成為增強(qiáng)作物抗性，防治頑固病蟲害，提高蔬菜產(chǎn)量，改善蔬菜品質(zhì)的蔬菜栽培關(guān)鍵措施之一。

人工嫁接的技術(shù)瓶頸

蔬菜種苗常用的嫁接方法主要有插接法、劈接法、靠接法等。目前蔬菜種苗嫁接主要依靠人工操作，一個(gè)熟練嫁接工，一般每天能嫁接3500株左右的種苗，年育苗能力1億株種苗規(guī)模的育苗廠，種苗嫁接需要耗費(fèi)28000個(gè)工作日。隨著農(nóng)村勞動(dòng)力短缺，種苗嫁接用工矛盾日益突出。嫁接苗的成活率的高低主要與操作人員的熟練程度有關(guān)，由于人工操作上的差異，往往同一批苗因?yàn)椴煌娜瞬僮鳎藿淤|(zhì)量不同，嫁接質(zhì)量不好的種苗會(huì)長出氣生根、接穗生長勢(shì)弱，種苗品質(zhì)差，嚴(yán)重時(shí)造成大量嫁接苗報(bào)廢，給育苗生產(chǎn)造成經(jīng)濟(jì)損失。如何生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)、健壯的嫁接苗，成為當(dāng)前育苗行業(yè)急需解決的關(guān)鍵問題。

嫁接機(jī)械的研究進(jìn)展

日本在1986年由農(nóng)林水產(chǎn)省牽頭，技術(shù)協(xié)會(huì)聯(lián)合機(jī)械制造與研發(fā)企業(yè)開始研究機(jī)械化嫁接。1993年井關(guān)公司推出了GR800系列嫁接機(jī)，其中GR800T使用貼接，主要應(yīng)用在茄果類蔬菜。1993年洋馬公司推出了AG1000系列全自動(dòng)嫁接機(jī)，該系列嫁接機(jī)也采用貼接[5]。韓國繼日本之后也開始研究機(jī)械化嫁接技術(shù)，并于2004年推出了GR-600系列嫁接機(jī)，該系列嫁接機(jī)采用半自動(dòng)設(shè)計(jì)，適用于瓜類和茄果類蔬菜。荷蘭在2009年向市場投放了Graft1000系列自動(dòng)嫁接機(jī)，該系列嫁接機(jī)采用平接，適合茄果類蔬菜嫁接。西班牙也推出了EMP-300系列半自動(dòng)嫁接機(jī)，該系列嫁接機(jī)采用貼接，配合套管夾使用[6]。目前，機(jī)械化嫁接技術(shù)主要掌握在日本、韓國、荷蘭、意大利、西班牙等農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)的國家[1]。

中國對(duì)于機(jī)械化嫁接技術(shù)的研究較早，但是研究進(jìn)展較慢。1998年，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研發(fā)出了2JSZ-600系列嫁接機(jī)，該系列采用貼接法，主要用于瓜類蔬菜嫁接[7]。2012年，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、北京農(nóng)業(yè)智能裝備研究中心也相繼研發(fā)出機(jī)械化嫁接設(shè)備。中國雖然也研發(fā)出了嫁接設(shè)備，但是由于技術(shù)和成本的限制，沒能大規(guī)模的推廣應(yīng)用。山東安信種苗股份有限公司（以下簡稱“安信種苗”）20多年來深耕蔬菜育苗，目前年育苗量達(dá)到2億株，但是受限于人工嫁接的效率，想要進(jìn)一步提高嫁接種苗的數(shù)量，必須發(fā)展機(jī)械化嫁接技術(shù)。安信種苗聯(lián)合多家科研院所和智能制造企業(yè)，開發(fā)出兩個(gè)系列種苗自動(dòng)嫁接機(jī)器，分別采用插接和劈接，適用于瓜類、茄果類蔬菜種苗嫁接，這些裝備比人工嫁接速度快，嫁接成活率高，生產(chǎn)出來的嫁接苗更加整齊、健壯、長勢(shì)好（圖1）。

嫁接機(jī)

嫁接機(jī)的主要功能就是模擬人工嫁接動(dòng)作，將接穗和砧木通過切面有機(jī)結(jié)合到一起。人工嫁接的工人需要大量的實(shí)踐，積累一定的經(jīng)驗(yàn)，才能熟練掌握種苗嫁接技術(shù)，受到很多主觀因素的影響，人工嫁接的種苗質(zhì)量不穩(wěn)定。嫁接機(jī)通過對(duì)客觀數(shù)據(jù)的計(jì)算和分析，能夠精準(zhǔn)重復(fù)嫁接過程中相同動(dòng)作，快速高質(zhì)量的完成種苗嫁接工作。

插接機(jī)

插接的主要技術(shù)要點(diǎn)包括接穗削切，插針的扎入角度和深度，接穗插入的深度。安信種苗在研發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)，插接自動(dòng)化的難點(diǎn)在于如何精確的將插針和接穗插入到砧木生長點(diǎn)葉腋處。最后通過高精度的傳動(dòng)和特殊定位結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了插接的自動(dòng)化操作。

嫁接機(jī)嫁接流程分為2個(gè)部分，一部分是砧木，另一部分是接穗（圖2）。首先嫁接機(jī)從穴盤抓取砧木，然后通過二次定位結(jié)構(gòu)對(duì)砧木生長點(diǎn)進(jìn)行智能識(shí)別和精確定位，接著使用定位夾固定砧木，嫁接針從上方插入子葉葉腋然后拔出，插針插入的角度、深度都直接影響后期傷口愈合的時(shí)間;與此同時(shí)接穗被機(jī)器從穴盤中抓取，通過二次定位結(jié)構(gòu)對(duì)莖桿進(jìn)行固定，然后切刀刀片對(duì)接穗進(jìn)行削切，削切后通過機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到砧木上方，經(jīng)過嫁接機(jī)智能識(shí)別和精確計(jì)算，將接穗精準(zhǔn)的插入到嫁接孔內(nèi)（圖3～4）。插接機(jī)每小時(shí)能完成150株苗的嫁接，全程只需要1個(gè)普通工人進(jìn)行操作，不需要花費(fèi)大量時(shí)間培養(yǎng)熟練嫁接工。

劈接機(jī)

在蔬菜種苗嫁接時(shí)，劈接主要應(yīng)用在番茄、辣椒、茄子等茄果類蔬菜中。由于這些蔬菜的生理特性，劈接技術(shù)可以提高嫁接成活率和嫁接苗品質(zhì)，所以劈接也是安信種苗嫁接自動(dòng)化的核心技術(shù)。劈接的技術(shù)要點(diǎn)包括縱向劈切砧木的深度、接穗削切兩面的長度和角度、接穗插入后保持接穗不滑動(dòng)。劈接機(jī)主要操作步驟包括接穗削切、砧木處理、接穗插入、嫁接夾固定，具體步驟見圖5。

劈接機(jī)同時(shí)抓取砧木和接穗，將砧木固定好之后，橫向切斷砧木莖稈之后，垂直刀片從莖稈中心切開砧木。嫁接機(jī)械手抓取接穗，嫁接機(jī)直接使用雙刀片把接穗切成楔形，然后移動(dòng)到砧木切口上方，切刀緩慢抽出，接穗逐漸向下插入，當(dāng)接穗剛好插入切口時(shí)，切刀完全抽出，此時(shí)機(jī)械手將嫁接夾傳送到嫁接處，夾緊嫁接夾（圖6）。

安信種苗多年來對(duì)嫁接核心技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，將其應(yīng)用到劈接機(jī)上，通過一系列精準(zhǔn)的機(jī)械操作，保證嫁接完成后接穗和砧木一直緊密貼合。劈接機(jī)每小時(shí)能嫁接180株苗，人工嫁接時(shí)需要2人相互配合，嫁接效率才會(huì)比較高，而劈接機(jī)只需要1個(gè)毫無嫁接經(jīng)驗(yàn)的工人即可操作。

嫁接后管理

嫁接后為了讓嫁接苗盡快愈合，需要對(duì)其進(jìn)行精心栽培管理。

濕度

嫁接后的種苗整齊排列在苗床上，空氣相對(duì)濕度保持在95%以上，根據(jù)嫁接苗的大小逐漸增加通風(fēng)換氣的時(shí)間和換氣量。當(dāng)嫁接苗不再萎蔫即可轉(zhuǎn)入正常管理，相對(duì)濕度控制在60%～70%，夜間、陰雨天可以使用暖風(fēng)爐保溫、使用安信除濕殺菌機(jī)降低濕度。

溫度

嫁接苗愈合需要保持在25～30℃，傷口愈合后嫁接苗可以轉(zhuǎn)入正常管理，第2片真葉展開后適當(dāng)控制溫度，防止嫁接苗徒長，培育壯苗。

光照

剛嫁接好的幼苗由于水分、營養(yǎng)傳輸被阻斷，會(huì)因?yàn)樗执罅空舭l(fā)造成萎蔫，所以需要采取遮光措施，陰雨天可以不遮光。根據(jù)嫁接苗的大小和愈合情況，可以逐漸減少早、晚遮光時(shí)間，6天后可以停止遮光。

肥水管理

種苗嫁接后保持適宜空氣濕度，控制好水分，當(dāng)嫁接苗不再萎蔫后澆一遍清水。6天后轉(zhuǎn)入正常肥水管理，根據(jù)天氣情況，可以在澆灌用水里加入1‰“保瑞豐10號(hào)”育苗肥和幾丁聚糖、氨基寡糖素等植物誘導(dǎo)劑，增強(qiáng)嫁接苗抗逆性。

植保措施

在育苗溫室所有通風(fēng)口及進(jìn)出口設(shè)防蟲網(wǎng)，溫室內(nèi)懸掛黃板、藍(lán)板用以誘殺白粉虱、蚜蟲、薊馬等害蟲。嫁接種苗傷口愈合后，噴施72.2%霜霉威水劑750倍、3%噻霉酮水分散粒劑1000倍、0.5%氨基寡糖素水劑750倍、10%蟲螨腈懸浮劑1500倍、1.8%阿維菌素乳油1500倍，預(yù)防病蟲危害。在使用化學(xué)藥劑預(yù)防病蟲害時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意施藥時(shí)間，建議下午噴藥。用藥應(yīng)當(dāng)注意合理混用、輪換交替使用不同作用機(jī)理的藥劑。

育苗生產(chǎn)全程機(jī)械化

當(dāng)前中國的育苗機(jī)械化研究還停留在種苗嫁接等少數(shù)幾個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)上，整個(gè)育苗生產(chǎn)機(jī)械化設(shè)備有待進(jìn)一步研究開發(fā)。安信種苗從種苗嫁接機(jī)械化入手，向育苗上下游生產(chǎn)環(huán)節(jié)延伸，開發(fā)出溫湯浸種機(jī)、平盤播種機(jī)、穴盤播種機(jī)、智能施肥機(jī)、高壓高頻打藥機(jī)、病害智能識(shí)別系統(tǒng)、除濕殺菌機(jī)、大棚溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)、水肥自動(dòng)噴灌車、智能運(yùn)輸車等多種育苗生產(chǎn)智能機(jī)械裝備。安信種苗通過多年在育苗生產(chǎn)機(jī)械自動(dòng)化方面的投入，已經(jīng)初步完成了機(jī)械化育苗體系建設(shè)，通過育苗機(jī)械化提高育苗效率，降低對(duì)人工操作的依賴程度，并且能夠精準(zhǔn)量化育苗的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，培育健壯高品質(zhì)種苗?，F(xiàn)在安信種苗年育苗量從1.5億株提高到2億株，未來將有更多更新的自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備投入使用，有望達(dá)到年育苗量4億株的目標(biāo)。目前種苗嫁接機(jī)研發(fā)投入大、設(shè)備成本高、嫁接種苗成活率低，嫁接速度有待進(jìn)一步提高。隨著育苗工廠化的推進(jìn)，育苗產(chǎn)業(yè)將會(huì)朝著工業(yè)化方向發(fā)展，未來將有更多機(jī)械化、自動(dòng)化裝備引入嫁接育苗中，越來越多機(jī)械自動(dòng)化操作將代替人工勞動(dòng)，嫁接自動(dòng)化是其中最重要的一環(huán)，中國在嫁接自動(dòng)化領(lǐng)域已經(jīng)開始了從模仿到自主創(chuàng)新的過程，安信種苗現(xiàn)在的嫁接自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)完成了產(chǎn)學(xué)研過渡，開始在蔬菜育苗行業(yè)全面推廣應(yīng)用。

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