茄果類種苗貼接法嫁接下壓夾持試驗

呂亞軍，辜　松，謝忠堅，胡俊生，楊艷麗

(1.華南農業大學a.工程學院;b.南方農業機械與裝備關鍵技術省部共建教育部重點實驗室，廣州　510642；2.廣州實凱機電科技有限公司，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，有助于提高蔬菜產量[1-2]。因此，國內外蔬菜嫁接育苗需求量均逐年大幅增長，目前采用嫁接工廠化育苗已經成為主要發展趨勢，且隨著人工成本越來越高，蔬菜嫁接機的開發與應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，貼接法具有操作簡單、效率高、接口愈合容易及對蔬菜品種適應性廣等優點[1-3]，因此大部分茄果類嫁接機均采用貼接法開發茄果類貼接式嫁接機[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切口的夾持效果，由于搬運、回栽等振動因素造成貼接切口貼合不緊密或接穗脫落，導致嫁接失敗；而當前育苗企業育苗技術難以達到嫁接機用要求，使得嫁接機難以推廣[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切口夾持效果，使貼接法嫁接苗切口貼接更緊密；并針對接穗與砧木不同苗徑組合進行接穗下壓特性試驗，為茄果類種苗貼接法嫁接提供指導，并為茄果類貼接式嫁接機開發提供參考。

1　貼接法嫁接機理與夾持特性分析

1.1　貼接法嫁接機理

茄果類種苗貼接法嫁接原理如圖1所示。工作時，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。當接穗與砧木苗徑相差較大時，接穗或者砧木兩者切口無法同時被夾持固定，易導致接穗脫落，如圖2(a)所示；當接穗與砧木苗徑相近時，理論上較易保證接穗與砧木兩者切口夾持效果，但嫁接機嫁接時仍存在由于苗莖彎曲等因素造成貼接時切口貼合不緊密的情況，如圖2(b)所示；當接穗與砧木苗徑均小于嫁接固定物最小夾持直徑時，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文獻對此問題進行研究得較少，茄果類貼接式嫁接機對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理。本文對嫁接苗在嫁接固定物夾持下的夾持特性進行力學分析，由于在嫁接夾持固定時，砧木與接穗受力是1對作用力與反作用力，因此只對接穗做力學分析即可。貼接時接穗受力分析如圖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;μj為嫁接固定物與接穗之間的靜摩擦因數。

由式(3)可知：F增大，N也增大。為了使夾持更穩定、砧木與接穗切口貼合更緊密，應增大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到目標。

在嫁接機嫁接過程中，由于接穗與砧木的切口會溢出粘液，二者的靜摩擦因數很小，因此可通過機械手把持接穗下壓一定位移，產生下壓位移的下壓力迫使接穗與砧木切口發生微小的滑移錯位，即接穗與砧木的切口尖端與對方切口底端疊加。由于嫁接固定物對嫁接苗的夾持阻礙滑移錯位，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生形變，形成夾持直徑變大、夾持力明顯增大的局部形變區，如圖4所示。當苗徑小于嫁接固定物夾持直徑時，嫁接苗在局部形變區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、振動等過程中不易脫落，降低了茄果類貼接式嫁接機對接穗與砧木的苗徑要求。

1.接穗　2.微小滑移錯位　3.嫁接固定物4.局部形變區　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，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，但其夾口不能發生形變，由于夾口力臂較短，開口難以脹開，難以形成滑移錯位局部形變區，如圖5(c)、(d)、(e)所示。因此，針對接穗下壓工藝，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

2.1　材料與方法

在嫁接機嫁接過程中，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生足夠的滑移錯位，局部形變區小，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，進行2因素3水平試驗。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，每組試驗重復5次，試驗平臺如圖6所示。用ARK-10M4-20型測力儀測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　結果與分析

接穗拔出力隨接穗拔出時間變化曲線如圖7所示。當接穗或砧木苗徑小于嫁接夾夾口直徑時，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只在局部變形區明顯增大，如圖7(b)所示；當接穗與砧木苗徑組合近似于嫁接夾夾口直徑時，若接穗下壓位移x=0，接穗拔出過程中接穗拔出力Ft能在較長時間維持較大值，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后也出現Ft迅速降低現象，但下降后Ft仍能維持接穗下壓位移x=0mm時的水平，如圖7(d)所示。

1.ARK-10M4-20型測力儀　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

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

圖8　接穗下壓位移試驗結果

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

試驗結果表明：接穗下壓位移x對接穗下壓力影響顯著，若接穗下壓位移x=0，即沒有進行接穗下壓工藝時，接穗拔出力Ft最小；當砧木與接穗苗徑組合為3.0～3.0mm的接穗拔出力Ft為0.367N，此時接穗與砧木苗徑等于嫁接夾夾口直徑，故該力狀態下嫁接苗接穗不易脫落；當接穗或砧木苗徑小于嫁接夾夾口直徑時，接穗拔出力Ft很小，甚至可以忽略不計。隨著下壓位移的增大，接穗拔出力Ft明顯增大，當x=1mm時，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　結論

1)對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生微小滑移錯位，從而產生局部形變區，使夾持力和切口貼合力增大。

2)接穗下壓位移對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。試驗結果顯示：接穗下壓位移為1mm時，產生的夾持力和切口貼合力最理想；若接穗下壓位移進一步增大，易損傷切口。