26 農(nóng)業(yè)發(fā)展 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟 2022 9 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中蔬菜嫁接機技術研究與發(fā)展現(xiàn)狀分析 張 雷 摘 要 采用嫁接方法可以有效地解決蔬菜連作障礙 提高產(chǎn)量 但是嫁接作業(yè)勞動強度大 生產(chǎn)效率低 由于個人的 主觀性和擁有不同的技術熟練度 將影響到嫁接的質(zhì)量和效率 進而會影響嫁接成活率 隨著嫁接技術的廣泛應用 嫁接機 器人的研究也在不斷發(fā)展 目前 半自動化蔬菜嫁接機器人的研究已部分商業(yè)化 但是無法成功實現(xiàn)生產(chǎn)過程的全部自動化 進而不利于全自動嫁接機器人的研制與開發(fā) 關鍵詞 農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 嫁接機 嫁接質(zhì)量 嫁接效率 成活率 一 引言 近些年來 隨著蔬菜等作物的栽培面積不斷增多 產(chǎn)生 的連作障礙等難題也隨之逐年增多 常年栽種同一種蔬菜將 造成土壤的營養(yǎng)環(huán)境惡化 導致加重蔬菜的土壤傳播病害 直接造成蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)下降 此連作障礙等問題目前已 成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中亟須解決的關鍵難點 截至現(xiàn)在一般應用土 壤化學處理手段和蔬菜嫁接手段解決在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中此難題 隨著對于農(nóng)業(yè)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的推進和對于環(huán)境保護的提 升 于田地里施用一些化學合成物減少土壤病害的傳播和一 些致病微生物的化學處理手段 雖然能夠解決連作障礙但是 對土壤環(huán)境造成污染 所以國家頒布一些規(guī)定對這些手段進 行了限制 邢宇等 2004 截至現(xiàn)在 應用嫁接技術是一種能夠解決連作障礙和病 蟲害防治難題的關鍵手段 人工嫁接技術是人工營養(yǎng)繁殖植 物的一種辦法 勞作者有目的性地把一種植株的枝或者芽截 取到另外一種植株的根部或者莖上 接合一起的兩種植株生 長為另外一種完整植株的過程 接上去的芽或者枝被稱為接 穗或者穗木 嫁接后成活生長成為為新植株的頂部或者上部 被接的莖或者根部被稱為砧木或者臺木 嫁接后成活生長成 為新植株的下部或者根系部分 鄧向君與卓敏華 2010 與傳統(tǒng)的栽培技術相比 應用嫁接技術能夠對減少土壤傳播 病害 解決連作障礙 提升水肥利用率 提高抗逆性 增加 產(chǎn)量和品質(zhì)等方面起到十分有利的影響 因此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活 動中有著廣泛地應用 Jung Myung Lee 等 2010 嫁接方法所要求的技術性非常強 嫁接工作時要求操 作技術非常精準 因為利用人工受到工作技能和熟練度的因 素 可以對嫁接幼苗的成活率造成影響 楊海君 2003 采取人工來完成嫁接育苗作業(yè)有著效率低 勞動強度大 成 活率低等問題 不利于嫁接技術的應用與推廣 辜松等 2007 最近幾年 為了迎合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的需要推出了一種 嫁接機器人技術 利用此技術能夠把園藝生產(chǎn) 機械作 業(yè)手段 自動化控制綜合應用于一體 采取此技術能夠在較 短的工作時間內(nèi) 利用機械操作把只有幾毫米的接穗和砧木 幼苗接合一起 工作速度相較于人工作業(yè)十分大的提高 而 且利用機械作業(yè)結合快速 莖稈內(nèi)營養(yǎng)成分流失少 短時間 切口不易氧化 進而能夠提高嫁接成活率 張鐵中與徐麗明 2001 因此 采用嫁接機器人技術來取代傳統(tǒng)的手工嫁接 作業(yè)具有重要的實際意義 它不僅可以提升嫁接生產(chǎn)率 降 低作業(yè)的強度和難度 提升幼苗的成活率 并且利于嫁接技 術的推廣 提高嫁接技術的機械化程度以便于規(guī)?；a(chǎn) 二 國外的研究現(xiàn)狀 一 日本的研究現(xiàn)狀 日本的科研人員于1986年起就著手致力于蔬菜嫁接機 器人的研究 截至目前日本的蔬菜嫁接機器人技術已在世界 處于領先水平 日本的井關 洋馬 三菱等公司是以茄科蔬 菜為主要的嫁接對象 采用貼接 平接嫁接方法研發(fā)了一系 列半自動化蔬菜嫁接機器人 1986至1991年 農(nóng)林水產(chǎn)省 生物系特定產(chǎn)業(yè)技術研究推進機構組織當?shù)囟嗉移髽I(yè)共同參 與并研發(fā)出 1 2 3 號三代試驗樣機 此三代樣機都是采取 貼接嫁接方法并且只能應用于瓜科蔬菜 于1987年研發(fā)出 1 號樣機半自動式 G871 此樣機除了接穗和砧木需要人工供 應外 其他操作均由機械完成 其成功率為78 85 在1 號樣機研制的基礎上 在1989年研發(fā)了2號樣機G892 此 樣機可以實現(xiàn)3s種之內(nèi)成功完成一株嫁接苗工作 成功率 能夠達到 90 98 于 1991 年再次研發(fā) 3 號樣機 G913 此 樣機嫁接所使用的接穗和砧木均采用營養(yǎng)缽育苗 在嫁接工 作時由輸送皮帶移動8 6穴的專用穴盤來自動上苗 在專 用穴盤中已放置好接穗和砧木 該試驗樣機的嫁接成功率可 達 90 以上 辜松與江林斌 2007 Jung Myung Lee et al 2010 在此之后 日本的其他公司也在先后開發(fā)出了多種類型 27 農(nóng)業(yè)發(fā)展 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟 2022 9 的蔬菜嫁接機器人 其中有井關農(nóng)機公司于1994年研制的 半自動式蔬菜嫁接機器人 分別為應用瓜類蔬菜的GR800B 型和應用茄果類蔬菜的 GR800T 型 都是采用單株操作利用 貼接法 的方式進行嫁接作業(yè) 2名工人分別用于提供接 穗苗和砧木苗 其都應用縫隙托架上苗的方式 利用氣動的 動力支持作為運動部件 嫁接的生產(chǎn)能力為800株 h 嫁 接成功率可達到95 鈴木正肚等 1995 洋馬農(nóng)機公司 協(xié)同生研機構于1994年研制了AG1000型全自動蔬菜嫁接 機 此機利用貼接嫁接方式 應用于茄科蔬菜的嫁接工作 利用穴盤為單位運送接穗苗和砧木苗 將切削后的接穗苗和 砧木苗采取普通嫁接夾固定 其嫁接成功率高達 97 嫁接 生產(chǎn)率為 1000 株 h 森川信也等 2004 為了減少大型 蔬菜嫁接機器人的成本造價 洋馬公司在2003年研發(fā)出體 積較小 操作更加靈敏的T600型半自動式瓜科蔬菜嫁接機 此嫁接機采取V型平接方式 只需1人進行操作 其分別 把去掉土坨的接穗苗和砧木苗通過單株的形式運送到托苗架 上 嫁接機可以自動完成接穗苗和砧木苗的切削 對接及上 固定套管等工作 此嫁接機的嫁接生產(chǎn)率為600 株 h 成 功率可以達到 98 小林研與鈴木正肚 1996 1990 年 日本TGR研究所為了實現(xiàn)大規(guī)模育苗生產(chǎn)模式進行研發(fā)全 自動蔬菜嫁接機 TGR研究所在1993年研發(fā)出應用于茄科 蔬菜的KGM0128整列式全自動蔬菜嫁接機 該蔬菜嫁接機 采用平接方法 固定接穗苗和砧木苗所用的嫁接夾以黏結劑 來替代 嫁接生產(chǎn)率為1000 株 h 嫁接成功率可達97 劉 凱等 2011 在1995年 應用于瓜科蔬菜的蔬菜嫁接機 成功研發(fā) 目前由小松公司進行銷售 此嫁接機以穴盤為單 位運送接穗苗和砧木苗 作業(yè)時接穗和砧木夾板分別夾取1 列接穗苗和砧木苗通過整列切削和整列對接 然后采取在對 接處噴涂生物黏結劑和固化劑 1 s左右黏結劑就可以硬化 黏結劑可以起到嫁接夾的作用 目前日本所開發(fā)出的蔬菜嫁 接機器人 自動化的程度較高 性能較好 但是價格也比較高 一般在35 200萬元人民幣之間 不是一般的農(nóng)戶和中小型 育苗中心可以承受的 二 韓國的研究現(xiàn)狀 韓國的科研人員于20世紀90年代起就著手致力于蔬 菜嫁接機的研制工作 截至現(xiàn)在為止已經(jīng)成功研制出GR 600CS 型多功能半自動蔬菜嫁接機以及一些小型半自動蔬菜 嫁接機 韓國所開發(fā)的蔬菜嫁接機由于其結構簡單 體積小 僅3000元人民幣左右 小型半自動蔬菜嫁接機操作方便 價格低廉 采取靠接法嫁接 嫁接生產(chǎn)率最高可達310株 h 成功率可以達到90 此嫁接機在韓國 日本和我國都 有一定的銷量 但是該蔬菜嫁接機的作業(yè)程序較為復雜 嫁 接后期還需進行處理斷根 所以只應用于一些小規(guī)模的嫁 接育苗 目前還不能投用到大面積的推廣 辜松 2005 Idealsystem公司的科研人員在成功研制半自動蔬菜嫁接機 的基礎上著手致力于應用茄科蔬菜針式全自動蔬菜嫁接機的 研究工作 此嫁接機使用嫁接針是采用陶瓷制成的五角形針 具有防止嫁接部位回轉的功用 固定性能良好 其應用于嫁 接茄科類蔬菜 包括西紅柿 茄子 辣椒等 嫁接生產(chǎn)率為 1200 株 h 應用50孔穴盤培育幼苗 采用穴盤的形式直 接整盤上苗 一個嫁接作業(yè)過程能夠同時完成 5 株幼苗的嫁 接工作 不僅具有較快的作業(yè)速度 而且便于操作 辜松與 江林斌 2007 三 荷蘭的研究現(xiàn)狀 在2010年荷蘭ISO公司的科研人員針對茄果類蔬菜研 發(fā)利用 平接法 嫁接的ISO Graft1000全自動化蔬菜嫁 接機 此機包括完整獨立的運送裝置 嫁接設備中還包含機 器視覺系統(tǒng) 整個設備較為龐大 操作工作時通過專用的輸 送機構將帶有土坨的接穗苗和砧木苗從運送裝置中的穴盤取 出 運送入嫁接工作設備中 使用機器視覺系統(tǒng)將接穗苗和 砧木苗依據(jù)形態(tài)和長勢等特征信息來將切削位置進行調(diào)整 之后操作專用橡膠夾進行夾持固定操作 最后將成功嫁接操 作的幼苗運送 此機含有較高程度的智能性和自動化 Kubota C 2008 三 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國在1993年開展了自動化蔬菜嫁接技術的研究 由 張鐵中教授在中國農(nóng)業(yè)大學率先進行研究 臺灣宜蘭技術學 院生物機電工程學系邱奕志教授等協(xié)同合作針對番茄等茄科 蔬菜苗的嫁接研制出利用 套管法 嫁接的蔬菜苗嫁接機 此嫁接機工作時只需配置 1 名工人進行操作 嫁接生產(chǎn)效率 為 360 株 h 以及嫁接成功率可達 98 以上 Y C Chiu et al 2010 Chen S et al 2010 張鐵中教授和科研團隊的人員于1996年成功研制直插 式蔬菜機械嫁接設備 當時的嫁接成功率僅有 60 左右 但 可以完成接穗和砧木的自動運送 切削 插孔 結合等工作 過程 張鐵中 1996 在1998年研發(fā)出應用于葫蘆科秧 苗利用 貼接法 進行嫁接的2JSZ 600型蔬菜半自動嫁接機 此嫁接機以帶土坨的砧木苗直接進行嫁接工作 成功完成自 動取苗 切苗 接合 夾持固定 排苗等全套工作進程 售 價大約在3萬元左右 生產(chǎn)率是600株 h 成功率高達95 辜 松 2012 在2003年研發(fā)了應用于瓜科蔬菜的營養(yǎng)缽體 苗自動蔬菜嫁接機 此嫁接機嫁接效率為360 480株 h 嫁接成功率為 93 實現(xiàn)了在營養(yǎng)缽中直接進行嫁接作業(yè) 而且采取了機器視覺系統(tǒng)能夠自動識別砧木苗的生長點高度 以及子葉的展開方向 以便于自動調(diào)整最佳的切削位置 提 高了蔬菜嫁接機器人的自動化程度 張鐵中等 2003 在 2009 年又研發(fā)出雙向式高速蔬菜嫁接機 此嫁接機采用雙向 嫁接機構 節(jié)約取苗 切苗 貼合的操作時間 速率已經(jīng)處 28 農(nóng)業(yè)發(fā)展 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟 2022 9 于國際同類機型的領先水平 楊麗等 2009 辜松教授率領科研團隊研發(fā)出一系列的蔬菜嫁接機 在 2005年于東北農(nóng)業(yè)大學應用于瓜科蔬菜研發(fā)出利用 插接 法 的2JC 350型半自動化插接式蔬菜嫁接設備 接穗苗 和砧木苗的上苗和卸苗工作都由人工來操作 其嫁接生產(chǎn)率 為 350 株 h 嫁接成功率高于 90 辜松 2006 在國 外研發(fā)的蔬菜嫁接機大都是采取貼接法 靠接法進行嫁接工 作 對秧苗的質(zhì)量要求比較高 目前還沒有成功研發(fā)插接法 嫁接的瓜類蔬菜嫁接機 在此背景下 為了適應我國蔬菜嫁 接生產(chǎn)模式 在2008年由國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術研究中 心環(huán)境控制部門聯(lián)合華南農(nóng)業(yè)大學開發(fā)氣力旋轉自動蔬菜嫁 接機 2009 年以茄科蔬菜為研究對象 辜松教授率領其科研 團隊在華南農(nóng)業(yè)大學研制出了劈接式2JP 1000A型蔬菜嫁 接機 此嫁接機對接穗苗和砧木苗的植株高度與莖苗直徑均 值利用數(shù)學統(tǒng)計方式進行測量 之后為人工操作作業(yè) 生產(chǎn) 率是 1000 株 h 成功率是 95 劉凱等 2011 2012 年 為了取代人工切削接穗苗和砧木苗 以此來降低勞動強度 研發(fā)出2JX M系列氣力式蔬菜嫁接切削裝置 此設備能夠 針對茄果類和瓜科類蔬菜 瓜類生產(chǎn)率是1100株 h 茄 類生產(chǎn)率是640株 h 切削成功率都超過90 辜松等 2012 四 結論 目前為止國內(nèi)外所研發(fā)的蔬菜嫁接機大多為半自動化 式 雖然基本的機型均能夠成功完成自動取苗 切削 結合 夾持固定等作業(yè)過程 但依然由人工來負責供應接穗苗和砧 木苗 為了實現(xiàn)提升蔬菜嫁接機的嫁接成功率和成活率 進行增大接穗苗和砧木苗切削貼合面變成一種能夠成為現(xiàn) 實的手段 擴大接穗苗 砧木苗接合的切面面積可以使接 其維管束緊密接連 可以促進兩者間細胞的分裂 分化和 最終的愈合 本文對國內(nèi)外的蔬菜嫁接機以及機器視覺技術在農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)中的應用進行了對比分析 得出了目前大多數(shù)的蔬菜嫁接 機為半自動式 大多為 插接法 半自動式蔬菜嫁接機 僅 有少數(shù)的嫁接機采取 貼接法 研發(fā) 大部分的嫁接機嫁接 生產(chǎn)率達到 600 株 和 90 的成功率 已基本成功實現(xiàn)了自 動取苗 切苗 結合 夾持固定等自動作業(yè) 但是所有嫁接 過程都基本需要配備工作人員進行接穗苗和砧木苗的上苗操 作 不僅勞動強度大 而且嫁接生產(chǎn)率低 生產(chǎn)成本較高 參考文獻 1 鄧向君 卓敏華 2010 嫁接技術方法及其運用 J 中國園藝文摘 7 157 158 2 辜松 江林斌 2007 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 38 6 847 851 3 辜 松 李 愷 初 麒 楊 艷 麗 劉 凱 鐘 綠 祥 2012 2JX M系列蔬菜嫁接切削器作業(yè)試驗 J 農(nóng)業(yè)工程學報 28 10 27 32 4 辜松 2005 蔬菜工廠化嫁接育苗系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 J 農(nóng)機化研究 27 6 52 54 5 辜松 2006 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 22 12 103 106 6 辜松 2012 蔬菜嫁接機的發(fā)展現(xiàn)狀 J 農(nóng)業(yè)工程 技術 溫室園藝 5 26 30 7 李興 2013 針接式蔬菜嫁接機的研究 D 浙江大 學碩士學位論文 8 劉凱 初麒 辜松 李元強 牟艷秋 楊艷麗 2011 茄科蔬菜自動嫁接機的研究現(xiàn)狀 J 農(nóng)機化研究 33 2 230 233 9 羅軍 高英武 何幸保 2010 自動嫁接機的研究現(xiàn) 狀與展望 J 湖南農(nóng)機 37 2 1 2 10 邢宇 李文嬈 劉生祥 李建設 2004 我國甜瓜嫁 接栽培技術研究進展 J 寧夏農(nóng)學院學報 25 1 81 84 11 楊麗 劉長青 張鐵中 2009 雙臂蔬菜嫁接機設計 與試驗 J 農(nóng)業(yè)機械學報 40 9 175 181 12 張鐵中 1996 蔬菜自動嫁接技術研究 嫁接裝 置的結構設計與試驗 J 中國農(nóng)業(yè)大學學報 1 6 30 33 13 Jung Myung Lee C Kubota S J Tsao Z Bie P HoyosEchevarria L Morra M Oda 2010 Current status of vegetable grafting Diffusion grafting techniques automation J Science Horticulture 127 93 105 14 Kubota C 2008 Use of grafted seedlings for vegetable productionin North America J Acta Horticulture 770 21 28 15 Ryu K H Kim G Han J S 2001 Automation and emerging technologies Development of a robotic transplanter for bedding plants J Journal of Agricultural Engineering Research 78 2 141 146 16 鈴木正肚 小林研 豬之奧康治 1995 科野 菜 用 接 木 裝 置 開 發(fā) 第 1 報 J 農(nóng)業(yè)機 械學會 誌 57 2 67 76 17 森川信也 西浦芳史 藤浦建史 等 2004 果菜類 用簡易接 木裝置 關 研究 第 1 報 割 接 用臺木切 斷 器 具 試 作 J 農(nóng)業(yè)機 械學會 誌 66 1 82 89 18 小林研 鈴木正肚 1996 葫蘆科蔬菜嫁接裝置的開 發(fā) J 農(nóng)業(yè)機械學會志 58 2 83 93 作者單位 遼寧省農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展中心 遼寧 沈陽 110034