山东安信种苗针对蔬菜种苗机械化嫁接育苗关键技术的开发与应用.pdf

温室园艺 2020 02 25 农业工程技术 温室园艺 山东安信种苗针对蔬菜种苗机械化 嫁接育苗关键技术的开发与应用 前言 2000多年前嫁接技术起源于中国 1 最初 目的是为了保存和延续优质果树资源 1925年 日本将嫁接技术引入蔬菜育苗产业 1 解决了 因蔬菜重茬而导致的病虫害发生严重等问题 通过嫁接育苗能够有效提高蔬菜产量 改善产 品品质 保障市场供应 据统计 中国每年蔬 菜育苗移栽面积超过 1000万 hm 2 蔬菜移栽苗 需求量超过 6800亿株 9 目前 约有 30 的 黄瓜和 40 的西瓜采用嫁接苗栽培 2 番茄 辣椒 茄子等蔬菜也开始广泛应用嫁接育苗技 术 由于人工嫁接育苗效率低 质量参差不齐 制约了育苗企业的快速发展 无法满足蔬菜生 产对嫁接苗日益增长的需求 开发机械化嫁接 技术成为蔬菜育苗产业发展的必然趋势 嫁接作业关键技术 温室大棚等设施反季节蔬菜栽培 由于产 量高 经济效益好 种植面积逐年扩大 全国设 施蔬菜面积已经达到 370万 hm 2 8 由于温室大 棚特殊的固定设施栽培模式 种植者长期在同一 块地重复种植同一种作物 同一物种会在土壤中 释放次级代谢物 容易产生连作障碍 出现产量 低 抗逆性差等问题 多年重复种植同一作物 还会造成病虫害在土壤中逐渐积累 导致土传病 虫害逐年加重 4 如枯萎病 细菌性青枯病 根 结线虫病等 造成减产甚至绝收 给蔬菜安全生 产造成极大威胁 选择合适的近亲植物作为砧 木 通过种苗嫁接技术 可以有效的克服连作障 碍 提高蔬菜对枯萎病 青枯病 根结线虫病 等多种病原物的抗性 4 种苗嫁接已经成为增 强作物抗性 防治顽固病虫害 提高蔬菜产量 改善蔬菜品质的蔬菜栽培关键措施之一 蔬菜种苗常用的嫁接方法主要有插接法 劈接法 靠接法等 目前蔬菜种苗嫁接主要依 靠人工操作 一个熟练嫁接工 一般每天能嫁 接 3500株左右的种苗 年育苗能力 1亿株种苗 规模的育苗厂 种苗嫁接需要耗费 28000个工 作日 随着农村劳动力短缺 种苗嫁接用工矛 盾日益突出 嫁接苗的成活率的高低主要与操 作人员的熟练程度有关 由于人工操作上的差 异 往往同一批苗因为不同的人操作 而嫁接 质量不同 嫁接质量不好的种苗会长出气生根 接穗生长势弱 种苗品质差 严重时造成大量 嫁接苗报废 给育苗生产造成经济损失 如何 生产出优质 健壮的嫁接苗 成为当前育苗行 业急需解决的关键问题 日本在 1986年由农林水产省牵头 技术协 DOI 10 16815 ki 11 5436 s 2020 04 004 温室园艺 2020 02 26 本 期 策 划 Special Planning 嫁接技术 会联合机械制造与研发企业开始研究机械化嫁 接 1993年井关公司推出了 GR800系列嫁接机 其中 GR800T使用贴接 主要应用在茄果类蔬 菜 1993年洋马公司推出了 AG1000系列全自 动嫁接机 该系列嫁接机也采用贴接 5 韩国 继日本之后也开始研究机械化嫁接技术 并于 2004年推出了 GR 600系列嫁接机 该系列嫁 接机采用半自动设计 适用于瓜类和茄果类蔬 菜 荷兰在 2009年向市场投放了 Graft1000系 列自动嫁接机 该系列嫁接机采用平接 适合 茄果类蔬菜嫁接 西班牙也推出了 EMP 300系 列半自动嫁接机 该系列嫁接机采用贴接 配 合套管夹使用 6 目前 机械化嫁接技术主要 掌握在日本 韩国 荷兰 意大利 西班牙等 农业技术发达的国家 1 中国对于机械化嫁接技术的研究较早 但 是研究进展较慢 1998年 中国农业大学研 发出了 2JSZ 600系列嫁接机 该系列采用贴 接法 主要用于瓜类蔬菜嫁接 7 2012年 华南农业大学 北京农业智能装备研究中心也 相继研发出机械化嫁接设备 中国虽然也研发 出了嫁接设备 但是由于技术和成本的限制 没能大规模的推广应用 山东安信种苗股份 有限公司 以下简称 安信种苗 20多年 来深耕蔬菜育苗 目前年育苗量达到 2亿株 但是受限于人工嫁接的效率 想要进一步提高 嫁接种苗的数量 必须发展机械化嫁接技术 安信种苗联合多家科研院所和智能制造企业 开发出两个系列种苗自动嫁接机器 分别采 用插接和劈接 适用于瓜类 茄果类蔬菜种 苗嫁接 这些装备比人工嫁接速度快 嫁接成 活率高 生产出来的嫁接苗更加整齐 健壮 长势好 图 1 嫁接机的主要功能就是模拟人工嫁接动作 将接穗和砧木通过切面有机结合到一起 人工 嫁接的工人需要大量的实践 积累一定的经验 才能熟练掌握种苗嫁接技术 受到很多主观因 素的影响 人工嫁接的种苗质量不稳定 嫁接 机通过对客观数据的计算和分析 能够精准重 复嫁接过程中相同动作 快速高质量的完成种 苗嫁接工作 插接的主要技术要点包括接穗削切 插针 的扎入角度和深度 接穗插入的深度 安信种 苗在研发过程中发现 插接自动化的难点在于 如何精确的将插针和接穗插入到砧木生长点叶 腋处 最后通过高精度的传动和特殊定位结构 实现了插接的自动化操作 嫁接机嫁接流程分为 2个部分 一部分是 砧木 另一部分是接穗 图 2 首先嫁接机从 穴盘抓取砧木 然后通过二次定位结构对砧木 生长点进行智能识别和精确定位 接着使用定 位夹固定砧木 嫁接针从上方插入子叶叶腋然 后拔出 插针插入的角度 深度都直接影响后 期伤口愈合的时间 与此同时接穗被机器从穴 盘中抓取 通过二次定位结构对茎杆进行固定 然后切刀刀片对接穗进行削切 削切后通过机 械结构运动到砧木上方 经过嫁接机智能识别 和精确计算 将接穗精准的插入到嫁接孔内 图 3 4 插接机每小时能完成 150株苗的 嫁接 全程只需要 1个普通工人进行操作 不 需要花费大量时间培养熟练嫁接工 在蔬菜种苗嫁接时 劈接主要应用在番茄 图 1 安信种苗嫁接育苗苗床 温室园艺 2020 02 27 农业工程技术 温室园艺 辣椒 茄子等茄果类蔬菜中 由于这些蔬菜的 生理特性 劈接技术可以提高嫁接成活率和嫁 接苗品质 所以劈接也是安信种苗嫁接自动化 的核心技术 劈接的技术要点包括纵向劈切砧 木的深度 接穗削切两面的长度和角度 接穗 插入后保持接穗不滑动 劈接机主要操作步骤 包括接穗削切 砧木处理 接穗插入 嫁接夹 固定 具体步骤见图 5 劈接机同时抓取砧木和接穗 将砧木固定 好之后 横向切断砧木茎秆之后 垂直刀片从 茎秆中心切开砧木 嫁接机械手抓取接穗 嫁 接机直接使用双刀片把接穗切成楔形 然后移 动到砧木切口上方 切刀缓慢抽出 接穗逐渐 向下插入 当接穗刚好插入切口时 切刀完全 抽出 此时机械手将嫁接夹传送到嫁接处 夹 紧嫁接夹 图 6 安信种苗多年来对嫁接核心技术进行总结 将其应用到劈接机上 通过一系列精准的机械 操作 保证嫁接完成后接穗和砧木一直紧密贴 合 劈接机每小时能嫁接 180株苗 人工嫁接 时需要 2人相互配合 嫁接效率才会比较高 而劈接机只需要 1个毫无嫁接经验的工人即可 操作 嫁接后为了让嫁接苗尽快愈合 需要对其 进行精心栽培管理 嫁接后的种苗整齐排列在苗床上 空气相 对湿度保持在 95 以上 根据嫁接苗的大小 逐渐增加通风换气的时间和换气量 当嫁接苗 不再萎蔫即可转入正常管理 相对湿度控制在 60 70 夜间 阴雨天可以使用暖风炉保温 使用安信除湿杀菌机降低湿度 嫁接苗愈合需要保持在 25 30 伤口愈 合后嫁接苗可以转入正常管理 第 2片真叶展 开后适当控制温度 防止 嫁接苗徒长 培育壮苗 刚嫁接好的幼苗由于 水分 营养传输被阻断 会因为水分大量蒸发造成 萎蔫 所以需要采取遮光 措施 阴雨天可以不遮光 根据嫁接苗的大小和愈合 情况 可以逐渐减少早 图 2 插接机流程示意图 图 3 插接机 图 4 插接完成 抓取砧木 抓取接穗 二次精确定位 二次精确定位 砧木定位夹 砧木倾斜 嫁接针插孔 移动到砧木处 刀片削切接穗 接穗夹爪固定 接穗插入砧木 图 5 劈接机器人操作流程 图 6 劈接机 抓取砧木 抓取接穗 固定茎秆 双刀一次切取 切除多余部分 刀片垂直劈开 刀片缓慢抽出 接穗进入切口 接穗向下插入 移动到砧木处 夹紧嫁接夹 温室园艺 2020 02 28 本 期 策 划 Special Planning 嫁接技术 晚遮光时间 6天后可以停止遮光 种苗嫁接后保持适宜空气湿度 控制好水 分 当嫁接苗不再萎蔫后浇一遍清水 6天后转 入正常肥水管理 根据天气情况 可以在浇灌 用水里加入 1 保瑞丰 10号 育苗肥和几丁 聚糖 氨基寡糖素等植物诱导剂 增强嫁接苗 抗逆性 在育苗温室所有通风口及进出口设防虫 网 温室内悬挂黄板 蓝板用以诱杀白粉虱 蚜虫 蓟马等害虫 嫁接种苗伤口愈合后 喷 施 72 2 霜霉威水剂 750倍 3 噻霉酮水分散 粒剂 1000倍 0 5 氨基寡糖素水剂 750倍 10 虫螨腈悬浮剂 1500倍 1 8 阿维菌素乳 油 1500倍 预防病虫危害 在使用化学药剂预 防病虫害时 应当注意施药时间 建议下午喷药 用药应当注意合理混用 轮换交替使用不同作 用机理的药剂 育苗生产全程机械化 当前中国的育苗机械化研究还停留在种苗 嫁接等少数几个生产环节上 整个育苗生产机 械化设备有待进一步研究开发 安信种苗从种 苗嫁接机械化入手 向育苗上下游生产环节延 伸 开发出温汤浸种机 平盘播种机 穴盘播 种机 智能施肥机 高压高频打药机 病害智 能识别系统 除湿杀菌机 大棚温湿度自动控 制系统 水肥自动喷灌车 智能运输车等多种 育苗生产智能机械装备 安信种苗通过多年在 育苗生产机械自动化方面的投入 已经初步完 成了机械化育苗体系建设 通过育苗机械化提 高育苗效率 降低对人工操作的依赖程度 并 且能够精准量化育苗的各项技术指标 培育健 壮高品质种苗 现在安信种苗年育苗量从 1 5亿 株提高到 2亿株 未来将有更多更新的自动化 机械设备投入使用 有望达到年育苗量 4亿株 的目标 目前种苗嫁接机研发投入大 设备成 本高 嫁接种苗成活率低 嫁接速度有待进一 步提高 随着育苗工厂化的推进 育苗产业将 会朝着工业化方向发展 未来将有更多机械化 自动化装备引入嫁接育苗中 越来越多机械自 动化操作将代替人工劳动 嫁接自动化是其中 最重要的一环 中国在嫁接自动化领域已经开 始了从模仿到自主创新的过程 安信种苗现在 的嫁接自动化技术已经完成了产学研过渡 开 始在蔬菜育苗行业全面推广应用 参考文献 1 辜松 江林斌 国内外蔬菜嫁接机的发展现状 J 东北农业大 学学报 2007 6 847 851 2 全国蔬菜种苗科技协同创新中心成立 J 中国蔬 菜 2018 12 28 3 么秋月 李蒙蒙 2017设施农业产业大会 主旨报告精编 J 农业工程技术 温室园艺 2017 37 28 15 27 4 储高峰 茄科蔬菜自动嫁接技术的研究 D 北京 中国农业 大学 2002 5 Jung Myung Lee C Kubota S J Tsao Z etal Hoyos Echevarria et al Current status of vegetable grafting Diffusion grafting techniques automation J Scientia Horticulturae 2010 127 2 93 105 6 孙群 国内外蔬菜自动化嫁接技术研究现状 J 农业机 械 2004 1 52 7 张铁中 2JSZ 600型蔬菜自动嫁接机 J 农村百事 通 2000 21 42 项目支持 济南市十大农业特色产业科技创新团队 和创新项目 黄瓜产业 黄瓜栽培环境调控 智 能精量施肥关键技术及装备研发与应用 作者简介 韩吉书 1970 男 山东济南人 高 级农艺师 研究方向为蔬菜工厂化育苗 通信作者 高中强 1968 男 山东诸城人 推广研究员 农业农村部蔬菜专家指导组成员 主 要从事蔬菜技术推广 行业管理和相关课题研究