嫁接技術(shù)在林業(yè)中的應(yīng)用及油茶嫁接機的發(fā)展

李芝茹，吳曉峰，2*，李全罡，2，羿宏雷，2，曹曦明，張北航，李時舫，2

(1.國家林業(yè)局哈爾濱林業(yè)機械研究所，哈爾濱 150086；2.中國林業(yè)科學研究院林業(yè)新技術(shù)研究所，北京 100091)

加強林業(yè)建設(shè)是改善生態(tài)環(huán)境、創(chuàng)建生態(tài)文明的重要措施[1-2]。林木種苗嫁接能夠在保持良種接穗性狀的同時，充分利用砧木的優(yōu)良性狀，從而增強栽培品種的適應(yīng)性和抗逆性，擴大苗木的栽培范圍或降低生產(chǎn)成本[3]。嫁接技術(shù)最早起源于我國，在1925年的日本出現(xiàn)了用于蔬菜瓜果培植中的嫁接技術(shù)[4-5]。隨著我國改革開放進程的深入和農(nóng)林培育技術(shù)的發(fā)展，在20世紀70～80年代，嫁接技術(shù)在我國得到了迅速的發(fā)展[6]，在林業(yè)行業(yè)中更是得到了廣泛的應(yīng)用。例如目前在我國城市園林綠化中廣為應(yīng)用的垂枝榆(Ulmuspumila‘tenue’，又名龍爪榆，榆科榆屬，屬亞喬木落葉樹)，其生長快、耐鹽堿、形態(tài)優(yōu)美、樹冠茂盛，來源于1974年新疆林業(yè)廳組織的科研人員從甘肅地區(qū)采集的種條，與白榆嫁接后的榆科垂枝型品種，在東北、西北、華北等地區(qū)均有分布[7]；同樣廣泛應(yīng)用于城市綠化的大葉榆(Ulmuslaevis，薔薇目，榆科榆屬)，不但耐干旱、低溫，還具備抗風沙、高溫等優(yōu)良特性，最初亦是通過嫁接培育而來[8]；嫁接技術(shù)也應(yīng)用于很多優(yōu)質(zhì)的經(jīng)濟樹種，如具有悠久栽培歷史的木本油料作物油茶，大面積生長在我國南方亞熱帶地區(qū)的高山及丘陵地帶，作為我國特有的經(jīng)濟樹種能產(chǎn)出純天然的高級油料。而油茶良種苗木的主要來源就是嫁接培育，其具有抗逆性強、生長快、根系發(fā)達等特點，造林成活率可高于90%[9]。嫁接技術(shù)的應(yīng)用對實現(xiàn)油茶良種化、適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的要求、提高其經(jīng)濟效益具有重要作用[10]。同時，嫁接技術(shù)被更多的應(yīng)用于果樹的培植中，包括種內(nèi)嫁接如嫁接核桃、櫻桃、山桃等，還有種間嫁接如蘋果樹與梨樹、梨樹與蘋果樹分別作接穗、砧木培育出來的蘋果梨、梨蘋果等。有關(guān)嫁接技術(shù)的要點和方法也在逐步的發(fā)展和完善，以下詳細介紹嫁接培育原理、方法，油茶嫁接機的發(fā)展等。

1 苗木嫁接原理及主要方法

1.1 苗木嫁接原理

嫁接(grafting)作為一種人工營養(yǎng)繁殖方法，即人為的、有目的地將一株植物上的枝條或芽等組織，接到另一株帶有根系的植物的枝、干或根上，使這個枝條或芽能夠接受后者的營養(yǎng)，最后愈合生長在一起形成新的植株[11]。其中，選取的枝條或芽稱接穗，帶有根系的苗木稱砧木，如圖1所示。嫁接后的苗木成活與否的關(guān)鍵在于愈傷組織的形成：即切取的接穗嫁接到砧木上以后，在愈傷激素刺激下二者的接觸面(及削穗、切砧的傷口處)周圍細胞及形成層細胞分裂旺盛，逐漸形成愈傷組織。砧木和接穗間的間隙被不斷增加的愈傷組織填滿，其薄壁細胞相互連接使二者的形成層逐漸連接起來。隨后愈傷組織繼續(xù)分化，向內(nèi)形成新的木質(zhì)部、向外形成新的韌皮部，其導管和篩管也逐漸聯(lián)通，最后接穗和砧木結(jié)合為一體形成新的植株。

圖1 嫁接示意圖(插接法)

在此過程中，接穗和砧木的親和力(graft affinity)是影響愈傷組織形成的關(guān)鍵。實際嫁接操作中，接穗和砧木的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、遺傳和生理特性越相近，其親和力越強，嫁接愈合性越好，成活率越高，生長發(fā)育越正常。

1.2 影響嫁接成功率的主要因素

除接穗和砧木親緣關(guān)系外，不同的嫁接類型、嫁接溫度(包括氣溫、土溫)、接口濕度、氧氣含量、光照強度、砧穗質(zhì)量、技術(shù)手段等都不同程度地制約著嫁接的成敗。

應(yīng)根據(jù)具體不同的嫁接項目擬定相應(yīng)的嫁接方法，一般雨季、大風天氣不適于嫁接；嫁接氣溫以20～25℃為宜：不同樹種和嫁接方式對溫度的要求有差異(土溫不高于氣溫即可)。如核桃嫁接后形成愈傷組織的最適溫為26～29℃[12]。葡萄室內(nèi)嫁接的最適溫度是24～27℃，超過29℃時細胞分裂形成的愈傷組織柔嫩、栽植時易損壞，低于21℃則愈合組織形成緩慢[13]。接口保持一定濕度利于愈傷組織的形成，但不要浸入水中，同時接口應(yīng)避免接觸空氣以防止有害細菌介入。氧氣在愈傷組織的形成過程中起著舉足輕重的作用，尤其對好氧型的樹種。如葡萄硬枝嫁接時，接口宜稀疏的加以綁縛，不需涂蠟[13]。一般說來光線對愈傷組織的生長有抑制作用，因此嫁接好的苗木應(yīng)做避光處理；接穗和砧木發(fā)育完好、貯藏營養(yǎng)物質(zhì)充足時，嫁接更易于成活，因此應(yīng)精選砧木苗和穗木苗；而傳統(tǒng)意義上的嫁接是純手工作業(yè)，這就要求操作人員要做到快、平、準、緊和嚴。即動作速度快、削面平、形成層對準、包扎捆綁緊、封口嚴；但是隨著科技的進步和嫁接技術(shù)的完善，越來越多的科技元素嵌入到嫁接技術(shù)中，使嫁接過程中的變量可控性加強，如根據(jù)相應(yīng)嫁接方法研發(fā)嫁接機等，將在以下篇幅討論。

1.3 主要的嫁接方法

根據(jù)切取穗木類型的不同，大致將嫁接方法歸為芽接法、枝接法和根接法三大類。

其中芽接法的優(yōu)點在于操作簡便、嫁接速度快，砧木和接穗取材方便(一年生砧木苗即可)，且易愈合、接合牢固、成活率高，適于大量繁殖苗木。根據(jù)芽接時對砧木切口的不同大致將其分為T形芽接、I形芽接、方形芽接、套芽接、開槽芽接、嵌芽接和帶木質(zhì)芽接等方法，如圖2所示。

枝接法是指直接將帶有若干芽的枝條接到砧木上，其優(yōu)點是成活率高、嫁接苗生長快。在砧木較粗、砧穗均不離皮的前提下多用枝接法，但操作較為復(fù)雜、耗用接穗較多，對砧木要求較高，適于個別珍貴植株嫁接或在秋季對春季芽接未成活的苗木進行補接。枝接法一般包括劈接、切接、靠接、舌接、腹接、合接和插接等。

圖2 常用林木嫁接方法

根接又稱掘接，是以根系作砧木直接在其上嫁接接穗。其中用作砧木的根可以是完整的根系或一截根段。選好穗木苗后用劈接、嵌接、插皮接等方法進行嫁接[14]。在板栗、桑樹和個別果樹嫁接中有過應(yīng)用，易于生根、成活率高，但操作較為繁瑣，在花圃嫁接中較為常見[15]。

2 嫁接機發(fā)展現(xiàn)狀及油茶嫁接機的發(fā)展

2.1 自動嫁接機的發(fā)展現(xiàn)狀

嫁接過程屬于植物無性生殖中的營養(yǎng)繁殖，其繁殖系數(shù)大，便于苗木大面積生產(chǎn)和推廣種植。但原始的嫁接技術(shù)嫁接效率低、勞動強度大，因而現(xiàn)代的嫁接作業(yè)大多結(jié)合機械和自動化等技術(shù)，如開發(fā)適于各種作物的嫁接機。

適用于蔬菜的嫁接機，早在20世紀就已被研制出來。1986年日本井關(guān)農(nóng)機公司研發(fā)了適用于瓜科、茄科蔬菜的GR800B/T型半自動嫁接機，嫁接效率為800株/h，隨后1993年日本洋馬農(nóng)機公司研發(fā)出適用于瓜科蔬菜的AG1000型全自動嫁接機，嫁接效率1 000株/h，適于茄科蔬菜的600T型全自動嫁接機，嫁接效率600株/h[16]。以上嫁接機機械結(jié)構(gòu)較為笨重，自動化程度高但價格高昂。而此時韓國TGR研究所研究出的半自動機械嫁接機體積小巧、價格低廉，但嫁接效率僅為310株/h。

我國嫁接機的發(fā)展也較為迅速，1998年中國農(nóng)大張鐵中教授研發(fā)的2JSZ-600型蔬菜嫁接機，如圖3(a)所示，實現(xiàn)了砧木苗、穗木苗的自動送苗、切削，上嫁接夾等操作，采用貼接式嫁接法，嫁接效率600株/h[17-18]。類似的嫁接機器人湖南大學也展開過研究，都取得了一定程度的進步[19]。針對我國蔬菜生產(chǎn)模式和勞動力富足的現(xiàn)狀，2005年，東北農(nóng)業(yè)大學研制出2JC-350型插接式自動嫁接機，如圖3(b)所示，該嫁接機適用于瓜類蔬菜，可自動完成砧木夾持、切除生長點、砧木打孔，接穗夾持、切削，砧木接穗對接等動作，生產(chǎn)率為350株/h[20-22]。而市面上的嫁接設(shè)備多是針對蔬菜的良種嫁接，較少適用于林木種苗的嫁接，因此適用性更廣的自動嫁接設(shè)備還有待開發(fā)。

圖3 常見的蔬菜自動嫁接機

2.2 油茶嫁接機的開發(fā)及應(yīng)用情況

很多嫁接機僅適用于瓜科、茄科等蔬菜嫁接，而在林業(yè)很多方面也有嫁接需求，用以對果樹、花木進行優(yōu)化生產(chǎn)、低質(zhì)低產(chǎn)林改造等。根據(jù)需要酌情選取接穗和砧木以調(diào)節(jié)樹種、樹勢，使其矮化或喬化，以滿足實際栽培或消費上的不同需求。

油茶(CamelliaoleiferaAbel)作為茶科的常綠灌木或中喬木，其苗木枝芽木質(zhì)化程度較高，較蔬菜枝芽粗壯，因此用蔬菜嫁接機進行油茶嫁接作業(yè)難度較大。針對油茶培育生產(chǎn)需求，加強油茶良種化程度以增加其經(jīng)濟效益，越來越多的高新技術(shù)被應(yīng)用到油茶嫁接機的開發(fā)與研制工作中[10]。如趙金英[23]等將PLC技術(shù)應(yīng)用到嫁接機的自動控制系統(tǒng)中，劉世春、劉明剛等通過分析應(yīng)用TRIZ理論建立場模型和沖突矩陣，由此進行對油茶嫁接機的深入研究[24]。在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，更多的應(yīng)用現(xiàn)代化仿真技術(shù)，以避免其機構(gòu)不合理產(chǎn)生機械干涉、運動受阻等，如羅輝[25]等在嫁接機設(shè)計時采用0penGVS軟件，建立靜態(tài)、動態(tài)仿真系統(tǒng)以直觀顯示設(shè)計情況，防止機械干涉和結(jié)構(gòu)不合理[9，11，21]。

3 BYJ-800型油茶嫁接機

BYJ-800型油茶嫁接機結(jié)合了機械加工、無線傳感、自動控制、計算機模擬等多種技術(shù)，更能適應(yīng)油茶苗木的嫁接需求，適用于不同領(lǐng)域的自動嫁接機正逐步被開發(fā)研制。

2013年，哈爾濱林機所開發(fā)研制的BYJ-800型油茶嫁接機，經(jīng)過機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、校核后應(yīng)用Pro/e軟件進行嫁接機的動、靜態(tài)仿真，優(yōu)化其機械系統(tǒng)的設(shè)計。該嫁接機采用電控、氣動結(jié)合PLC技術(shù)，實現(xiàn)人工上苗。該油茶嫁接機可完成對砧木苗和穗木苗的自動夾持、切削、嫁接、固定，并自動完成硅膠苗夾的輸送及嫁接苗木的運送。經(jīng)優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)，調(diào)試其機械部分、傳感部分、控制部分的功用，最后整機完成。該油茶嫁接機實物如圖4所示。

圖4 BYJ-800型油茶苗木嫁接機

該BYJ-800型油茶嫁接機實際作業(yè)時，采用硅膠苗夾固定苗木，取代傳統(tǒng)的鋁箔包扎，降低了嫁接成本、減少了勞動強度。經(jīng)過樣機調(diào)試，該油茶嫁接機生產(chǎn)率可達到800～1 200株/h，夾持機構(gòu)對苗木軸徑取值適用范圍 2～5 mm，更提高了適用的廣泛性。切削機構(gòu)動作快捷、可靠、流暢，處理后的苗木切口光滑。硅膠苗夾質(zhì)地柔軟，利于降低嫁接苗木水分的流失，促進愈傷組織的形成。同時其結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定，易于維修，造價低廉。不但提高了嫁接作業(yè)的工作效率，還大大降低了嫁接成本，提高了嫁接苗木的成活率，促進嫁接苗木的規(guī)模化生產(chǎn)，更能適應(yīng)社會對苗木良種的要求。

4 結(jié)束語

嫁接作為良種育苗的主要技術(shù)手段，林業(yè)中常用嫁接技術(shù)進行果樹、花木的優(yōu)化生產(chǎn)、低質(zhì)低產(chǎn)林改造等。根據(jù)需要選取接穗和砧木來調(diào)節(jié)樹種、樹勢，以滿足實際栽培或消費上的不同需求。實際作業(yè)中可根據(jù)其原理和適用范圍選取不同的嫁接方式，以提高苗木的適應(yīng)性和抗逆性，實現(xiàn)苗木的大面積生產(chǎn)和推廣種植。尤其嫁接機的研發(fā)和使用更進一步提高了嫁接作業(yè)的勞動生產(chǎn)率和苗木成活率，如用于蔬菜嫁接的2JSZ-600嫁接機和2JC-350型插接式自動嫁接機等。近年來涌現(xiàn)的油茶嫁接機如BYJ-800型劈接式油茶苗木嫁接機，在提高嫁接效率和降低嫁接成本中起著一定的作用。而性能更優(yōu)越、自動化程度更好、適用性更強、智能化程度更高，將是今后嫁接機主要的發(fā)展趨勢。

【參 考 文 獻】

[1]鄧華鋒.中國森林可持續(xù)經(jīng)營管理研究[M].北京：科學出版社，2008.

[2]國家林業(yè)局人事教育司.中國林業(yè)職業(yè)教育概覽(2001-2006)[M].北京：中國林業(yè)出版社，2008.

[3]高新一，王玉英.林木嫁接技術(shù)圖解[M].北京：金盾出版社，2009.

[4]鈴木正肚，小林研.果菜科嫁接裝置的開發(fā)(第4報)[J].農(nóng)業(yè)機械學會志，1996，58(3)：59-68.

[5]西浦芳史，穗波信雄.嫁接苗生產(chǎn)機械化研究(第1報)[J].農(nóng)業(yè)機械學會志，1998，60(6)：35-43.

[6]周寶利，林桂榮，李寧義.蔬菜嫁接栽培[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1997.

[7]劉書蘭，鮑一源，楊建平.垂枝榆嫁接管理技術(shù)[J].河北林業(yè)科技，2011(2)：107-107.

[8]徐發(fā)輝，肖生新，陳宏忠.大葉榆硬枝保鮮嫁接繁育技術(shù)[J].中國林業(yè)，2011(19)：48-48.

[9]王鋒鋒，劉明剛，吳曉峰，等.油茶嫁接機器人的研究設(shè)計[J].林業(yè)機械與木工設(shè)備，2011，39(4)：36-38.

[10]江彩華，魏錦秋，陳桂瓊，等.芽苗砧嫁接技術(shù)在油茶良種繁育上的應(yīng)用[J].廣東林業(yè)科技，2012，28(1)：104-106.

[11]王鋒鋒.劈接式油茶苗木嫁接機的研究[D].北京：中國林業(yè)科學研究院，2011.

[12]姚建卿，侯紀琴.影響核桃嫁接成活率因素的研究[J].呂梁學院學報，2011，1(2)：66-68.

[13]張 勇，楊全信.葡萄嫁接方法[J].農(nóng)村科技，2013(3)：25-27.

[14]郝成路.果樹冬季嫁接-根接法[J].山西果樹，1995(4)：43-43.

[15]胡芳名，朱干波.板栗根接試驗研究[J].農(nóng)業(yè)科技通訊，1974(2)：20-22.

[16]古在豐樹，后藤英司，富士原和宏.最新施設(shè)園蕓學[M].東京：朝倉書，2006.

[17]張鐵中.2JSZ-600 型蔬菜自動嫁接機研究報告[J].中國農(nóng)業(yè)大學學報，1998，3(2)：91-93.

[18]張鐵中.蔬菜嫁接機器人[J].科學中國人，2002(7)：52-53.

[19]李 明，戴思慧，湯楚宙，等.苗木嫁接機器人切削機構(gòu)模擬試驗[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2008，24(6)：129-132.

[20]辜 松，江林斌.國內(nèi)外蔬菜嫁接機的發(fā)展現(xiàn)狀[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報，2007，38(6)：847-851.

[21]王鋒鋒，劉明剛，吳曉峰，等.國內(nèi)外苗木嫁接機器人研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].林業(yè)機械與木工設(shè)備，2011，39(1)：16-18.

[22]辜 松.2JC-350型蔬菜插接式自動嫁接機的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2006，22(12)：103-106.

[23]趙金英，張鐵中.PLC在自動嫁接機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國農(nóng)業(yè)大學學報，2004，9(6)：53-55.

[24]劉世春，孫嘉燕，劉明剛.TRIZ理論在油茶苗嫁接機設(shè)計中的應(yīng)用[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2010，23(6)：44-46.

[25]羅 輝，張鐵中，劉旭東.自動嫁接機運動控制仿真系統(tǒng)設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2005，36(5)：90-92.