茄果類種苗貼接法嫁接下壓夾持試驗(yàn)

呂亞軍，辜　松，謝忠堅(jiān)，胡俊生，楊艷麗

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)a.工程學(xué)院;b.南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州　510642；2.廣州實(shí)凱機(jī)電科技有限公司，廣州　510642)

0　引言

蔬菜嫁接育苗可有效克服土傳病害，提高嫁接苗抗逆特性，有助于提高蔬菜產(chǎn)量[1-2]。因此，國(guó)內(nèi)外蔬菜嫁接育苗需求量均逐年大幅增長(zhǎng)，目前采用嫁接工廠化育苗已經(jīng)成為主要發(fā)展趨勢(shì)，且隨著人工成本越來越高，蔬菜嫁接機(jī)的開發(fā)與應(yīng)用在工廠化育苗中受到了廣泛重視，需求也越來越迫切[1-4]。

茄果類種苗嫁接方法主要有靠接法、插接法、貼接法及劈接法等。其中，貼接法具有操作簡(jiǎn)單、效率高、接口愈合容易及對(duì)蔬菜品種適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)[1-3]，因此大部分茄果類嫁接機(jī)均采用貼接法開發(fā)茄果類貼接式嫁接機(jī)[3-5]。

茄果類種苗貼接法要求砧木與接穗苗徑盡量相近[5-6]，否則難以保證嫁接貼接切口貼合緊密性及嫁接固定物對(duì)切口的夾持效果，由于搬運(yùn)、回栽等振動(dòng)因素造成貼接切口貼合不緊密或接穗脫落，導(dǎo)致嫁接失敗；而當(dāng)前育苗企業(yè)育苗技術(shù)難以達(dá)到嫁接機(jī)用要求，使得嫁接機(jī)難以推廣[1，5-7]。

本文以番茄嫁接為例，通過研究茄果類種苗貼接法嫁接機(jī)理，提出在接穗與砧木切口貼合后，采用接穗下壓工藝改善嫁接固定物對(duì)切口夾持效果，使貼接法嫁接苗切口貼接更緊密；并針對(duì)接穗與砧木不同苗徑組合進(jìn)行接穗下壓特性試驗(yàn)，為茄果類種苗貼接法嫁接提供指導(dǎo)，并為茄果類貼接式嫁接機(jī)開發(fā)提供參考。

1　貼接法嫁接機(jī)理與夾持特性分析

1.1　貼接法嫁接機(jī)理

茄果類種苗貼接法嫁接原理如圖1所示。工作時(shí)，將接穗與砧木分別以相同切削角度切斷，形成鍥形切口，后將接穗與砧木切口貼合，并用嫁接固定物夾持接穗與砧木的切口處莖段，使接穗與砧木切口緊密貼合，且接穗不易脫落，形成嫁接苗。

1.砧木苗　2.接穗苗　3.嫁接固定物　4.嫁接苗

圖2為接穗、砧木不同苗徑組合貼接狀態(tài)。當(dāng)接穗與砧木苗徑相差較大時(shí)，接穗或者砧木兩者切口無法同時(shí)被夾持固定，易導(dǎo)致接穗脫落，如圖2(a)所示；當(dāng)接穗與砧木苗徑相近時(shí)，理論上較易保證接穗與砧木兩者切口夾持效果，但嫁接機(jī)嫁接時(shí)仍存在由于苗莖彎曲等因素造成貼接時(shí)切口貼合不緊密的情況，如圖2(b)所示；當(dāng)接穗與砧木苗徑均小于嫁接固定物最小夾持直徑時(shí)，嫁接固定物直接脫落，嫁接失敗，如圖2(c)所示。

目前，茄果類貼接法嫁接相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)此問題進(jìn)行研究得較少，茄果類貼接式嫁接機(jī)對(duì)苗徑的要求普遍較高。

圖2　接穗、砧木不同苗徑組合貼接示意圖

1.2　貼接法嫁接苗夾持特性分析

為研究增大嫁接苗夾持力、貼合力的方法，探究了接穗下壓位移機(jī)理。本文對(duì)嫁接苗在嫁接固定物夾持下的夾持特性進(jìn)行力學(xué)分析，由于在嫁接夾持固定時(shí)，砧木與接穗受力是1對(duì)作用力與反作用力，因此只對(duì)接穗做力學(xué)分析即可。貼接時(shí)接穗受力分析如圖3所示。

圖3　接穗苗受力分析圖

圖3中，θ為切削角度(°)；N為砧木對(duì)接穗切面的支持力，即切口貼合力(N)；Ff為砧木與接穗之間的摩擦力(N)；Fj為夾子與接穗之間的摩擦力(N)；F為嫁接固定物對(duì)接穗苗的夾持力(N)。

受力平衡方程為

F=N·cosθ+Ff·sinθ

(1)

N·sinθ+Fj=G+Ff·cosθ

(2)

整理得

F=(1+ufsinθ)N

(3)

G=(sinθ-ufcosθ)N+ujF

(4)

其中，μf為接穗與砧木之間的靜摩擦因數(shù);μj為嫁接固定物與接穗之間的靜摩擦因數(shù)。

由式(3)可知：F增大，N也增大。為了使夾持更穩(wěn)定、砧木與接穗切口貼合更緊密，應(yīng)增大F、N值；而茄果類貼接角度為20°～30°[1-2]，改變切削角度難以達(dá)到目標(biāo)。

在嫁接機(jī)嫁接過程中，由于接穗與砧木的切口會(huì)溢出粘液，二者的靜摩擦因數(shù)很小，因此可通過機(jī)械手把持接穗下壓一定位移，產(chǎn)生下壓位移的下壓力迫使接穗與砧木切口發(fā)生微小的滑移錯(cuò)位，即接穗與砧木的切口尖端與對(duì)方切口底端疊加。由于嫁接固定物對(duì)嫁接苗的夾持阻礙滑移錯(cuò)位，下壓位移在沒有造成砧木或接穗損傷的情況下將迫使嫁接固定物張口脹開或發(fā)生形變，形成夾持直徑變大、夾持力明顯增大的局部形變區(qū)，如圖4所示。當(dāng)苗徑小于嫁接固定物夾持直徑時(shí)，嫁接苗在局部形變區(qū)能滿足嫁接固定物夾持直徑要求，且增大了夾持力及切口貼合力。因此，本文提出采用接穗下壓工藝，通過下壓位移方法，使接穗與砧木苗徑相差較大或苗徑小于嫁接夾持固定物夾口直徑時(shí)仍能獲得較大的夾持力和切口貼合力，嫁接苗切口貼合緊密，接穗在搬運(yùn)、振動(dòng)等過程中不易脫落，降低了茄果類貼接式嫁接機(jī)對(duì)接穗與砧木的苗徑要求。

1.接穗　2.微小滑移錯(cuò)位　3.嫁接固定物4.局部形變區(qū)　5.砧木　 6.下壓位移

1.3　嫁接固定物選擇

不同嫁接固定物對(duì)采用接穗下壓位移工藝嫁接苗夾持效果有很大的影響，常用嫁接固定物主要有軟橡膠嫁接夾、塑料嫁接夾及套管等，如圖5所示。

軟橡膠嫁接夾或套管夾口截面形狀多為近似圓形，有易形變、開口易漲開等特點(diǎn)，如圖5(a)、(b)所示；塑料橡膠夾夾口截面形狀主要為橢圓形、菱形，夾口截面形狀雖然較利于嫁接苗切口夾持，但其夾口不能發(fā)生形變，由于夾口力臂較短，開口難以脹開，難以形成滑移錯(cuò)位局部形變區(qū)，如圖5(c)、(d)、(e)所示。因此，針對(duì)接穗下壓工藝，選擇軟橡膠嫁接夾或套管作為嫁接夾持固定物。

圖5　常用嫁接固定物

2　接穗下壓工藝特性試驗(yàn)

2.1　材料與方法

在嫁接機(jī)嫁接過程中，接穗下壓位移過小，接穗與砧木苗徑相差較大的組合無法產(chǎn)生足夠的滑移錯(cuò)位，局部形變區(qū)小，夾持力F、切口貼合力N小，接穗易脫落；而軟橡膠夾變形和夾口脹開程度有限，接穗下壓位移過大，使得切口局部受過大夾持力夾傷，不利于嫁接苗成活。

為研究接穗下壓工藝特性，本試驗(yàn)以新星101番茄幼苗為接穗，以改良托托斯加為砧木，切削角度為25°，軟橡膠嫁接夾夾口直徑為3mm[6]，選取接穗下壓位移、接穗與砧木苗徑組合為因素，進(jìn)行2因素3水平試驗(yàn)。其中，接穗下壓位移x的水平為0、1、2mm，接穗與砧木的苗徑組合的水平為2.5～2.5mm、2.5～3.5mm、3.0～3.0mm，苗徑偏差為±0.1，每組試驗(yàn)重復(fù)5次，試驗(yàn)平臺(tái)如圖6所示。用ARK-10M4-20型測(cè)力儀測(cè)量嫁接后接穗拔出力Ft。由于接穗拔出力Ft大小等于夾子與接穗之間的摩擦力Ff大小，由式(4)、式(5)可知夾持力F與貼合力N正比于Ff，故夾持力F與貼合力N正比于接穗拔出力Ft。

2.2　結(jié)果與分析

接穗拔出力隨接穗拔出時(shí)間變化曲線如圖7所示。當(dāng)接穗或砧木苗徑小于嫁接夾夾口直徑時(shí)，若接穗下壓位移x=0，接穗拔出力Ft很小，故夾持力F、切口貼合力N很小，嫁接后接穗很容易脫落，嫁接失敗，如圖7(a)所示；若接穗下壓位移x≠0，接穗拔出力Ft明顯增大，但接穗拔出過程中Ft增大后迅速降低，表明該情況下夾持力F只在局部變形區(qū)明顯增大，如圖7(b)所示；當(dāng)接穗與砧木苗徑組合近似于嫁接夾夾口直徑時(shí)，若接穗下壓位移x=0，接穗拔出過程中接穗拔出力Ft能在較長(zhǎng)時(shí)間維持較大值，該拔出力可以滿足嫁接需求，如圖7(c)所示；若接穗下壓位移x≠0，接穗拔出力Ft明顯增大，接穗拔出過程中脫離局部變形區(qū)后也出現(xiàn)Ft迅速降低現(xiàn)象，但下降后Ft仍能維持接穗下壓位移x=0mm時(shí)的水平，如圖7(d)所示。

1.ARK-10M4-20型測(cè)力儀　2.接穗　3.嫁接夾　4.砧木

a.接穗下壓位移x=0，接穗或砧木直徑小于嫁接夾口直徑；b.接穗下壓位移x≠0，接穗與砧木苗徑近似于嫁接夾夾口直徑；c.接穗下壓位移x≠0，接穗或砧木苗徑小于嫁接夾口直徑；d. 接穗下壓位移x=0，接穗與砧木苗徑近似于嫁接夾夾口直徑。

圖7接穗拔出力曲線

Fig.7Scion output curve

接穗下壓位移試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。其中，接穗拔出力Ft為5次重復(fù)試驗(yàn)接穗拔出過程中接穗拔出力最大值的平均值。試驗(yàn)結(jié)果方差分析如表1所示。

圖8　接穗下壓位移試驗(yàn)結(jié)果

變異來源平方和自由度均方差 F值顯著水平接穗與砧木苗徑組合0.21120.0703.6160.032接穗下壓位移0.90520.45323.3140誤差0.369180.0195.699總變異6.80927

試驗(yàn)結(jié)果表明：接穗下壓位移x對(duì)接穗下壓力影響顯著，若接穗下壓位移x=0，即沒有進(jìn)行接穗下壓工藝時(shí)，接穗拔出力Ft最小；當(dāng)砧木與接穗苗徑組合為3.0～3.0mm的接穗拔出力Ft為0.367N，此時(shí)接穗與砧木苗徑等于嫁接夾夾口直徑，故該力狀態(tài)下嫁接苗接穗不易脫落；當(dāng)接穗或砧木苗徑小于嫁接夾夾口直徑時(shí)，接穗拔出力Ft很小，甚至可以忽略不計(jì)。隨著下壓位移的增大，接穗拔出力Ft明顯增大，當(dāng)x=1mm時(shí)，砧木與接穗苗徑組合為2.5～2.5mm的接穗拔出力Ft已接近砧木與接穗苗徑組合為3.0～3.0mm接穗拔出力Ft，砧木與接穗苗徑組合為2.5-～3.5mm的接穗拔出力Ft已超過砧木與接穗苗徑組合為3.0～3.0mm接穗拔出力Ft。由于接穗下壓位移過大易損傷切口，故選擇接穗下壓位移x=1mm為合理的接穗下壓位移。

3　結(jié)論

1)對(duì)于茄果類貼接法嫁接，接穗下壓位移使接穗與砧木切口貼合產(chǎn)生微小滑移錯(cuò)位，從而產(chǎn)生局部形變區(qū)，使夾持力和切口貼合力增大。

2)接穗下壓位移對(duì)接穗拔出力影響顯著。隨著接穗下壓位移增大，夾持力和切口貼合力明顯增大。試驗(yàn)結(jié)果顯示：接穗下壓位移為1mm時(shí)，產(chǎn)生的夾持力和切口貼合力最理想；若接穗下壓位移進(jìn)一步增大，易損傷切口。