嫁接技术在林业中的应用及油茶嫁接机的发展

李芝茹，吴晓峰，2*，李全罡，2，羿宏雷，2，曹曦明，张北航，李时舫，2

(1.国家林业局哈尔滨林业机械研究所，哈尔滨 150086；2.中国林业科学研究院林业新技术研究所，北京 100091)

加强林业建设是改善生态环境、创建生态文明的重要措施[1-2]。林木种苗嫁接能够在保持良种接穗性状的同时，充分利用砧木的优良性状，从而增强栽培品种的适应性和抗逆性，扩大苗木的栽培范围或降低生产成本[3]。嫁接技术最早起源于我国，在1925年的日本出现了用于蔬菜瓜果培植中的嫁接技术[4-5]。随着我国改革开放进程的深入和农林培育技术的发展，在20世纪70～80年代，嫁接技术在我国得到了迅速的发展[6]，在林业行业中更是得到了广泛的应用。例如目前在我国城市园林绿化中广为应用的垂枝榆(Ulmuspumila‘tenue’，又名龙爪榆，榆科榆属，属亚乔木落叶树)，其生长快、耐盐碱、形态优美、树冠茂盛，来源于1974年新疆林业厅组织的科研人员从甘肃地区采集的种条，与白榆嫁接后的榆科垂枝型品种，在东北、西北、华北等地区均有分布[7]；同样广泛应用于城市绿化的大叶榆(Ulmuslaevis，蔷薇目，榆科榆属)，不但耐干旱、低温，还具备抗风沙、高温等优良特性，最初亦是通过嫁接培育而来[8]；嫁接技术也应用于很多优质的经济树种，如具有悠久栽培历史的木本油料作物油茶，大面积生长在我国南方亚热带地区的高山及丘陵地带，作为我国特有的经济树种能产出纯天然的高级油料。而油茶良种苗木的主要来源就是嫁接培育，其具有抗逆性强、生长快、根系发达等特点，造林成活率可高于90%[9]。嫁接技术的应用对实现油茶良种化、适应生产发展的要求、提高其经济效益具有重要作用[10]。同时，嫁接技术被更多的应用于果树的培植中，包括种内嫁接如嫁接核桃、樱桃、山桃等，还有种间嫁接如苹果树与梨树、梨树与苹果树分别作接穗、砧木培育出来的苹果梨、梨苹果等。有关嫁接技术的要点和方法也在逐步的发展和完善，以下详细介绍嫁接培育原理、方法，油茶嫁接机的发展等。

1 苗木嫁接原理及主要方法

1.1 苗木嫁接原理

嫁接(grafting)作为一种人工营养繁殖方法，即人为的、有目的地将一株植物上的枝条或芽等组织，接到另一株带有根系的植物的枝、干或根上，使这个枝条或芽能够接受后者的营养，最后愈合生长在一起形成新的植株[11]。其中，选取的枝条或芽称接穗，带有根系的苗木称砧木，如图1所示。嫁接后的苗木成活与否的关键在于愈伤组织的形成：即切取的接穗嫁接到砧木上以后，在愈伤激素刺激下二者的接触面(及削穗、切砧的伤口处)周围细胞及形成层细胞分裂旺盛，逐渐形成愈伤组织。砧木和接穗间的间隙被不断增加的愈伤组织填满，其薄壁细胞相互连接使二者的形成层逐渐连接起来。随后愈伤组织继续分化，向内形成新的木质部、向外形成新的韧皮部，其导管和筛管也逐渐联通，最后接穗和砧木结合为一体形成新的植株。

图1 嫁接示意图(插接法)

在此过程中，接穗和砧木的亲和力(graft affinity)是影响愈伤组织形成的关键。实际嫁接操作中，接穗和砧木的内部组织结构、遗传和生理特性越相近，其亲和力越强，嫁接愈合性越好，成活率越高，生长发育越正常。

1.2 影响嫁接成功率的主要因素

除接穗和砧木亲缘关系外，不同的嫁接类型、嫁接温度(包括气温、土温)、接口湿度、氧气含量、光照强度、砧穗质量、技术手段等都不同程度地制约着嫁接的成败。

应根据具体不同的嫁接项目拟定相应的嫁接方法，一般雨季、大风天气不适于嫁接；嫁接气温以20～25℃为宜：不同树种和嫁接方式对温度的要求有差异(土温不高于气温即可)。如核桃嫁接后形成愈伤组织的最适温为26～29℃[12]。葡萄室内嫁接的最适温度是24～27℃，超过29℃时细胞分裂形成的愈伤组织柔嫩、栽植时易损坏，低于21℃则愈合组织形成缓慢[13]。接口保持一定湿度利于愈伤组织的形成，但不要浸入水中，同时接口应避免接触空气以防止有害细菌介入。氧气在愈伤组织的形成过程中起着举足轻重的作用，尤其对好氧型的树种。如葡萄硬枝嫁接时，接口宜稀疏的加以绑缚，不需涂蜡[13]。一般说来光线对愈伤组织的生长有抑制作用，因此嫁接好的苗木应做避光处理；接穗和砧木发育完好、贮藏营养物质充足时，嫁接更易于成活，因此应精选砧木苗和穗木苗；而传统意义上的嫁接是纯手工作业，这就要求操作人员要做到快、平、准、紧和严。即动作速度快、削面平、形成层对准、包扎捆绑紧、封口严；但是随着科技的进步和嫁接技术的完善，越来越多的科技元素嵌入到嫁接技术中，使嫁接过程中的变量可控性加强，如根据相应嫁接方法研发嫁接机等，将在以下篇幅讨论。

1.3 主要的嫁接方法

根据切取穗木类型的不同，大致将嫁接方法归为芽接法、枝接法和根接法三大类。

其中芽接法的优点在于操作简便、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，适于大量繁殖苗木。根据芽接时对砧木切口的不同大致将其分为T形芽接、I形芽接、方形芽接、套芽接、开槽芽接、嵌芽接和带木质芽接等方法，如图2所示。

枝接法是指直接将带有若干芽的枝条接到砧木上，其优点是成活率高、嫁接苗生长快。在砧木较粗、砧穗均不离皮的前提下多用枝接法，但操作较为复杂、耗用接穗较多，对砧木要求较高，适于个别珍贵植株嫁接或在秋季对春季芽接未成活的苗木进行补接。枝接法一般包括劈接、切接、靠接、舌接、腹接、合接和插接等。

图2 常用林木嫁接方法

根接又称掘接，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。选好穗木苗后用劈接、嵌接、插皮接等方法进行嫁接[14]。在板栗、桑树和个别果树嫁接中有过应用，易于生根、成活率高，但操作较为繁琐，在花圃嫁接中较为常见[15]。

2 嫁接机发展现状及油茶嫁接机的发展

2.1 自动嫁接机的发展现状

嫁接过程属于植物无性生殖中的营养繁殖，其繁殖系数大，便于苗木大面积生产和推广种植。但原始的嫁接技术嫁接效率低、劳动强度大，因而现代的嫁接作业大多结合机械和自动化等技术，如开发适于各种作物的嫁接机。

适用于蔬菜的嫁接机，早在20世纪就已被研制出来。1986年日本井关农机公司研发了适用于瓜科、茄科蔬菜的GR800B/T型半自动嫁接机，嫁接效率为800株/h，随后1993年日本洋马农机公司研发出适用于瓜科蔬菜的AG1000型全自动嫁接机，嫁接效率1 000株/h，适于茄科蔬菜的600T型全自动嫁接机，嫁接效率600株/h[16]。以上嫁接机机械结构较为笨重，自动化程度高但价格高昂。而此时韩国TGR研究所研究出的半自动机械嫁接机体积小巧、价格低廉，但嫁接效率仅为310株/h。

我国嫁接机的发展也较为迅速，1998年中国农大张铁中教授研发的2JSZ-600型蔬菜嫁接机，如图3(a)所示，实现了砧木苗、穗木苗的自动送苗、切削，上嫁接夹等操作，采用贴接式嫁接法，嫁接效率600株/h[17-18]。类似的嫁接机器人湖南大学也展开过研究，都取得了一定程度的进步[19]。针对我国蔬菜生产模式和劳动力富足的现状，2005年，东北农业大学研制出2JC-350型插接式自动嫁接机，如图3(b)所示，该嫁接机适用于瓜类蔬菜，可自动完成砧木夹持、切除生长点、砧木打孔，接穗夹持、切削，砧木接穗对接等动作，生产率为350株/h[20-22]。而市面上的嫁接设备多是针对蔬菜的良种嫁接，较少适用于林木种苗的嫁接，因此适用性更广的自动嫁接设备还有待开发。

图3 常见的蔬菜自动嫁接机

2.2 油茶嫁接机的开发及应用情况

很多嫁接机仅适用于瓜科、茄科等蔬菜嫁接，而在林业很多方面也有嫁接需求，用以对果树、花木进行优化生产、低质低产林改造等。根据需要酌情选取接穗和砧木以调节树种、树势，使其矮化或乔化，以满足实际栽培或消费上的不同需求。

油茶(CamelliaoleiferaAbel)作为茶科的常绿灌木或中乔木，其苗木枝芽木质化程度较高，较蔬菜枝芽粗壮，因此用蔬菜嫁接机进行油茶嫁接作业难度较大。针对油茶培育生产需求，加强油茶良种化程度以增加其经济效益，越来越多的高新技术被应用到油茶嫁接机的开发与研制工作中[10]。如赵金英[23]等将PLC技术应用到嫁接机的自动控制系统中，刘世春、刘明刚等通过分析应用TRIZ理论建立场模型和冲突矩阵，由此进行对油茶嫁接机的深入研究[24]。在机械结构设计方面，更多的应用现代化仿真技术，以避免其机构不合理产生机械干涉、运动受阻等，如罗辉[25]等在嫁接机设计时采用0penGVS软件，建立静态、动态仿真系统以直观显示设计情况，防止机械干涉和结构不合理[9，11，21]。

3 BYJ-800型油茶嫁接机

BYJ-800型油茶嫁接机结合了机械加工、无线传感、自动控制、计算机模拟等多种技术，更能适应油茶苗木的嫁接需求，适用于不同领域的自动嫁接机正逐步被开发研制。

2013年，哈尔滨林机所开发研制的BYJ-800型油茶嫁接机，经过机械结构设计、校核后应用Pro/e软件进行嫁接机的动、静态仿真，优化其机械系统的设计。该嫁接机采用电控、气动结合PLC技术，实现人工上苗。该油茶嫁接机可完成对砧木苗和穗木苗的自动夹持、切削、嫁接、固定，并自动完成硅胶苗夹的输送及嫁接苗木的运送。经优化内部结构，调试其机械部分、传感部分、控制部分的功用，最后整机完成。该油茶嫁接机实物如图4所示。

图4 BYJ-800型油茶苗木嫁接机

该BYJ-800型油茶嫁接机实际作业时，采用硅胶苗夹固定苗木，取代传统的铝箔包扎，降低了嫁接成本、减少了劳动强度。经过样机调试，该油茶嫁接机生产率可达到800～1 200株/h，夹持机构对苗木轴径取值适用范围 2～5 mm，更提高了适用的广泛性。切削机构动作快捷、可靠、流畅，处理后的苗木切口光滑。硅胶苗夹质地柔软，利于降低嫁接苗木水分的流失，促进愈伤组织的形成。同时其结构简单，运行稳定，易于维修，造价低廉。不但提高了嫁接作业的工作效率，还大大降低了嫁接成本，提高了嫁接苗木的成活率，促进嫁接苗木的规模化生产，更能适应社会对苗木良种的要求。

4 结束语

嫁接作为良种育苗的主要技术手段，林业中常用嫁接技术进行果树、花木的优化生产、低质低产林改造等。根据需要选取接穗和砧木来调节树种、树势，以满足实际栽培或消费上的不同需求。实际作业中可根据其原理和适用范围选取不同的嫁接方式，以提高苗木的适应性和抗逆性，实现苗木的大面积生产和推广种植。尤其嫁接机的研发和使用更进一步提高了嫁接作业的劳动生产率和苗木成活率，如用于蔬菜嫁接的2JSZ-600嫁接机和2JC-350型插接式自动嫁接机等。近年来涌现的油茶嫁接机如BYJ-800型劈接式油茶苗木嫁接机，在提高嫁接效率和降低嫁接成本中起着一定的作用。而性能更优越、自动化程度更好、适用性更强、智能化程度更高，将是今后嫁接机主要的发展趋势。

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