山東安信種苗針對蔬菜種苗機械化嫁接育苗關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用

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，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)對嫁接苗日益增長的需求，開發(fā)機械化嫁接技術(shù)成為蔬菜育苗產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

嫁接作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)

嫁接機的發(fā)展歷程

嫁接技術(shù)的優(yōu)點

溫室大棚等設(shè)施反季節(jié)蔬菜栽培，由于產(chǎn)量高、經(jīng)濟效益好，種植面積逐年擴大，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，同一物種會在土壤中釋放次級代謝物，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28000個工作日。隨著農(nóng)村勞動力短缺，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，往往同一批苗因為不同的人操作，而嫁接質(zhì)量不同，嫁接質(zhì)量不好的種苗會長出氣生根、接穗生長勢弱，種苗品質(zhì)差，嚴(yán)重時造成大量嫁接苗報廢，給育苗生產(chǎn)造成經(jīng)濟損失。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)會聯(lián)合機械制造與研發(fā)企業(yè)開始研究機械化嫁接。1993年井關(guān)公司推出了GR800系列嫁接機，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系列全自動嫁接機，該系列嫁接機也采用貼接[5]。韓國繼日本之后也開始研究機械化嫁接技術(shù)，并于2004年推出了GR-600系列嫁接機，該系列嫁接機采用半自動設(shè)計，適用于瓜類和茄果類蔬菜。荷蘭在2009年向市場投放了Graft1000系列自動嫁接機，該系列嫁接機采用平接，適合茄果類蔬菜嫁接。西班牙也推出了EMP-300系列半自動嫁接機，該系列嫁接機采用貼接，配合套管夾使用[6]。目前，機械化嫁接技術(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]。

中國對于機械化嫁接技術(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，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)出兩個系列種苗自動嫁接機器，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、長勢好（圖1）。

嫁接機

嫁接機的主要功能就是模擬人工嫁接動作，將接穗和砧木通過切面有機結(jié)合到一起。人工嫁接的工人需要大量的實踐，積累一定的經(jīng)驗，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。嫁接機通過對客觀數(shù)據(jù)的計算和分析，能夠精準(zhǔn)重復(fù)嫁接過程中相同動作，快速高質(zhì)量的完成種苗嫁接工作。

插接機

插接的主要技術(shù)要點包括接穗削切，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)，插接自動化的難點在于如何精確的將插針和接穗插入到砧木生長點葉腋處。最后通過高精度的傳動和特殊定位結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了插接的自動化操作。

嫁接機嫁接流程分為2個部分，一部分是砧木，另一部分是接穗（圖2）。首先嫁接機從穴盤抓取砧木，然后通過二次定位結(jié)構(gòu)對砧木生長點進(jìn)行智能識別和精確定位，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間;與此同時接穗被機器從穴盤中抓取，通過二次定位結(jié)構(gòu)對莖桿進(jìn)行固定，然后切刀刀片對接穗進(jìn)行削切，削切后通過機械結(jié)構(gòu)運動到砧木上方，經(jīng)過嫁接機智能識別和精確計算，將接穗精準(zhǔn)的插入到嫁接孔內(nèi)（圖3～4）。插接機每小時能完成150株苗的嫁接，全程只需要1個普通工人進(jìn)行操作，不需要花費大量時間培養(yǎng)熟練嫁接工。

劈接機

在蔬菜種苗嫁接時，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化的核心技術(shù)。劈接的技術(shù)要點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。劈接機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。

劈接機同時抓取砧木和接穗，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。嫁接機械手抓取接穗，嫁接機直接使用雙刀片把接穗切成楔形，然后移動到砧木切口上方，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，切刀完全抽出，此時機械手將嫁接夾傳送到嫁接處，夾緊嫁接夾（圖6）。

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

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，會因為水分大量蒸發(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”育苗肥和幾丁聚糖、氨基寡糖素等植物誘導(dǎo)劑，增強嫁接苗抗逆性。

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，應(yīng)當(dāng)注意施藥時間，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理的藥劑。

育苗生產(chǎn)全程機械化

當(dāng)前中國的育苗機械化研究還停留在種苗嫁接等少數(shù)幾個生產(chǎn)環(huán)節(jié)上，整個育苗生產(chǎn)機械化設(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、平盤播種機、穴盤播種機、智能施肥機、高壓高頻打藥機、病害智能識別系統(tǒng)、除濕殺菌機、大棚溫濕度自動控制系統(tǒng)、水肥自動噴灌車、智能運輸車等多種育苗生產(chǎn)智能機械裝備。安信種苗通過多年在育苗生產(chǎn)機械自動化方面的投入，已經(jīng)初步完成了機械化育苗體系建設(shè)，通過育苗機械化提高育苗效率，降低對人工操作的依賴程度，并且能夠精準(zhǔn)量化育苗的各項技術(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化機械設(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)將會朝著工業(yè)化方向發(fā)展，未來將有更多機械化、自動化裝備引入嫁接育苗中，越來越多機械自動化操作將代替人工勞動，嫁接自動化是其中最重要的一環(huán)，中國在嫁接自動化領(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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