嫁接技術在林業中的應用及油茶嫁接機的發展

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.國家林業局哈爾濱林業機械研究所，哈爾濱 150086；2.中國林業科學研究院林業新技術研究所，北京 100091)

加強林業建設是改善生態環境、創建生態文明的重要措施[1-2]。林木種苗嫁接能夠在保持良種接穗性狀的同時，充分利用砧木的優良性狀，從而增強栽培品種的適應性和抗逆性，擴大苗木的栽培范圍或降低生產成本[3]。嫁接技術最早起源于我國，在1925年的日本出現了用于蔬菜瓜果培植中的嫁接技術[4-5]。隨著我國改革開放進程的深入和農林培育技術的發展，在20世紀70～80年代，嫁接技術在我國得到了迅速的發展[6]，在林業行業中更是得到了廣泛的應用。例如目前在我國城市園林綠化中廣為應用的垂枝榆(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、形態優美、樹冠茂盛，來源于1974年新疆林業廳組織的科研人員從甘肅地區采集的種條，與白榆嫁接后的榆科垂枝型品種，在東北、西北、華北等地區均有分布[7]；同樣廣泛應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、高溫等優良特性，最初亦是通過嫁接培育而來[8]；嫁接技術也應用于很多優質的經濟樹種，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的高山及丘陵地帶，作為我國特有的經濟樹種能產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、根系發達等特點，造林成活率可高于90%[9]。嫁接技術的應用對實現油茶良種化、適應生產發展的要求、提高其經濟效益具有重要作用[10]。同時，嫁接技術被更多的應用于果樹的培植中，包括種內嫁接如嫁接核桃、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。有關嫁接技術的要點和方法也在逐步的發展和完善，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，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。隨后愈傷組織繼續分化，向內形成新的木質部、向外形成新的韌皮部，其導管和篩管也逐漸聯通，最后接穗和砧木結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鍵。實際嫁接操作中，接穗和砧木的內部組織結構、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、砧穗質量、技術手段等都不同程度地制約著嫁接的成敗。

應根據具體不同的嫁接項目擬定相應的嫁接方法，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做避光處理；接穗和砧木發育完好、貯藏營養物質充足時，嫁接更易于成活，因此應精選砧木苗和穗木苗；而傳統意義上的嫁接是純手工作業，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的完善，越來越多的科技元素嵌入到嫁接技術中，使嫁接過程中的變量可控性加強，如根據相應嫁接方法研發嫁接機等，將在以下篇幅討論。

1.3 主要的嫁接方法

根據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 嫁接機發展現狀及油茶嫁接機的發展

2.1 自動嫁接機的發展現狀

嫁接過程屬于植物無性生殖中的營養繁殖，其繁殖系數大，便于苗木大面積生產和推廣種植。但原始的嫁接技術嫁接效率低、勞動強度大，因而現代的嫁接作業大多結合機械和自動化等技術，如開發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年日本井關農機公司研發了適用于瓜科、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年日本洋馬農機公司研發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]。以上嫁接機機械結構較為笨重，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。

我國嫁接機的發展也較為迅速，1998年中國農大張鐵中教授研發的2JSZ-600型蔬菜嫁接機，如圖3(a)所示，實現了砧木苗、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]。針對我國蔬菜生產模式和勞動力富足的現狀，2005年，東北農業大學研制出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，生產率為350株/h[20-22]。而市面上的嫁接設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備還有待開發。

圖3 常見的蔬菜自動嫁接機

2.2 油茶嫁接機的開發及應用情況

很多嫁接機僅適用于瓜科、茄科等蔬菜嫁接，而在林業很多方面也有嫁接需求，用以對果樹、花木進行優化生產、低質低產林改造等。根據需要酌情選取接穗和砧木以調節樹種、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難度較大。針對油茶培育生產需求，加強油茶良種化程度以增加其經濟效益，越來越多的高新技術被應用到油茶嫁接機的開發與研制工作中[10]。如趙金英[23]等將PLC技術應用到嫁接機的自動控制系統中，劉世春、劉明剛等通過分析應用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]。在機械結構設計方面，更多的應用現代化仿真技術，以避免其機構不合理產生機械干涉、運動受阻等，如羅輝[25]等在嫁接機設計時采用0penGVS軟件，建立靜態、動態仿真系統以直觀顯示設計情況，防止機械干涉和結構不合理[9，11，21]。

3 BYJ-800型油茶嫁接機

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

2013年，哈爾濱林機所開發研制的BYJ-800型油茶嫁接機，經過機械結構設計、校核后應用Pro/e軟件進行嫁接機的動、靜態仿真，優化其機械系統的設計。該嫁接機采用電控、氣動結合PLC技術，實現人工上苗。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。經優化內部結構，調試其機械部分、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時，采用硅膠苗夾固定苗木，取代傳統的鋁箔包扎，降低了嫁接成本、減少了勞動強度。經過樣機調試，該油茶嫁接機生產率可達到800～1 200株/h，夾持機構對苗木軸徑取值適用范圍 2～5 mm，更提高了適用的廣泛性。切削機構動作快捷、可靠、流暢，處理后的苗木切口光滑。硅膠苗夾質地柔軟，利于降低嫁接苗木水分的流失，促進愈傷組織的形成。同時其結構簡單，運行穩定，易于維修，造價低廉。不但提高了嫁接作業的工作效率，還大大降低了嫁接成本，提高了嫁接苗木的成活率，促進嫁接苗木的規模化生產，更能適應社會對苗木良種的要求。

4 結束語

嫁接作為良種育苗的主要技術手段，林業中常用嫁接技術進行果樹、花木的優化生產、低質低產林改造等。根據需要選取接穗和砧木來調節樹種、樹勢，以滿足實際栽培或消費上的不同需求。實際作業中可根據其原理和適用范圍選取不同的嫁接方式，以提高苗木的適應性和抗逆性，實現苗木的大面積生產和推廣種植。尤其嫁接機的研發和使用更進一步提高了嫁接作業的勞動生產率和苗木成活率，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展趨勢。

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