茄果类种苗贴接法嫁接下压夹持试验

2018-07-10吕亚军谢忠坚胡俊生杨艳丽

农机化研究 2018年8期

吕亚军，辜　松，谢忠坚，胡俊生，杨艳丽

(1.华南农业大学a.工程学院;b.南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验室，广州　510642；2.广州实凯机电科技有限公司，广州　510642)

0　引言

蔬菜嫁接育苗可有效克服土传病害，提高嫁接苗抗逆特性，有助于提高蔬菜产量[1-2]。因此，国内外蔬菜嫁接育苗需求量均逐年大幅增长，目前采用嫁接工厂化育苗已经成为主要发展趋势，且随着人工成本越来越高，蔬菜嫁接机的开发与应用在工厂化育苗中受到了广泛重视，需求也越来越迫切[1-4]。

茄果类种苗嫁接方法主要有靠接法、插接法、贴接法及劈接法等。其中，贴接法具有操作简单、效率高、接口愈合容易及对蔬菜品种适应性广等优点[1-3]，因此大部分茄果类嫁接机均采用贴接法开发茄果类贴接式嫁接机[3-5]。

茄果类种苗贴接法要求砧木与接穗苗径尽量相近[5-6]，否则难以保证嫁接贴接切口贴合紧密性及嫁接固定物对切口的夹持效果，由于搬运、回栽等振动因素造成贴接切口贴合不紧密或接穗脱落，导致嫁接失败；而当前育苗企业育苗技术难以达到嫁接机用要求，使得嫁接机难以推广[1，5-7]。

本文以番茄嫁接为例，通过研究茄果类种苗贴接法嫁接机理，提出在接穗与砧木切口贴合后，采用接穗下压工艺改善嫁接固定物对切口夹持效果，使贴接法嫁接苗切口贴接更紧密；并针对接穗与砧木不同苗径组合进行接穗下压特性试验，为茄果类种苗贴接法嫁接提供指导，并为茄果类贴接式嫁接机开发提供参考。

1　贴接法嫁接机理与夹持特性分析

1.1　贴接法嫁接机理

茄果类种苗贴接法嫁接原理如图1所示。工作时，将接穗与砧木分别以相同切削角度切断，形成锲形切口，后将接穗与砧木切口贴合，并用嫁接固定物夹持接穗与砧木的切口处茎段，使接穗与砧木切口紧密贴合，且接穗不易脱落，形成嫁接苗。

1.砧木苗　2.接穗苗　3.嫁接固定物　4.嫁接苗

图2为接穗、砧木不同苗径组合贴接状态。当接穗与砧木苗径相差较大时，接穗或者砧木两者切口无法同时被夹持固定，易导致接穗脱落，如图2(a)所示；当接穗与砧木苗径相近时，理论上较易保证接穗与砧木两者切口夹持效果，但嫁接机嫁接时仍存在由于苗茎弯曲等因素造成贴接时切口贴合不紧密的情况，如图2(b)所示；当接穗与砧木苗径均小于嫁接固定物最小夹持直径时，嫁接固定物直接脱落，嫁接失败，如图2(c)所示。

目前，茄果类贴接法嫁接相关文献对此问题进行研究得较少，茄果类贴接式嫁接机对苗径的要求普遍较高。

图2　接穗、砧木不同苗径组合贴接示意图

1.2　贴接法嫁接苗夹持特性分析

为研究增大嫁接苗夹持力、贴合力的方法，探究了接穗下压位移机理。本文对嫁接苗在嫁接固定物夹持下的夹持特性进行力学分析，由于在嫁接夹持固定时，砧木与接穗受力是1对作用力与反作用力，因此只对接穗做力学分析即可。贴接时接穗受力分析如图3所示。

图3　接穗苗受力分析图

图3中，θ为切削角度(°)；N为砧木对接穗切面的支持力，即切口贴合力(N)；Ff为砧木与接穗之间的摩擦力(N)；Fj为夹子与接穗之间的摩擦力(N)；F为嫁接固定物对接穗苗的夹持力(N)。

受力平衡方程为

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为接穗与砧木之间的静摩擦因数;μj为嫁接固定物与接穗之间的静摩擦因数。

由式(3)可知：F增大，N也增大。为了使夹持更稳定、砧木与接穗切口贴合更紧密，应增大F、N值；而茄果类贴接角度为20°～30°[1-2]，改变切削角度难以达到目标。

在嫁接机嫁接过程中，由于接穗与砧木的切口会溢出粘液，二者的静摩擦因数很小，因此可通过机械手把持接穗下压一定位移，产生下压位移的下压力迫使接穗与砧木切口发生微小的滑移错位，即接穗与砧木的切口尖端与对方切口底端叠加。由于嫁接固定物对嫁接苗的夹持阻碍滑移错位，下压位移在没有造成砧木或接穗损伤的情况下将迫使嫁接固定物张口胀开或发生形变，形成夹持直径变大、夹持力明显增大的局部形变区，如图4所示。当苗径小于嫁接固定物夹持直径时，嫁接苗在局部形变区能满足嫁接固定物夹持直径要求，且增大了夹持力及切口贴合力。因此，本文提出采用接穗下压工艺，通过下压位移方法，使接穗与砧木苗径相差较大或苗径小于嫁接夹持固定物夹口直径时仍能获得较大的夹持力和切口贴合力，嫁接苗切口贴合紧密，接穗在搬运、振动等过程中不易脱落，降低了茄果类贴接式嫁接机对接穗与砧木的苗径要求。

1.接穗　2.微小滑移错位　3.嫁接固定物4.局部形变区　5.砧木　 6.下压位移

1.3　嫁接固定物选择

不同嫁接固定物对采用接穗下压位移工艺嫁接苗夹持效果有很大的影响，常用嫁接固定物主要有软橡胶嫁接夹、塑料嫁接夹及套管等，如图5所示。

软橡胶嫁接夹或套管夹口截面形状多为近似圆形，有易形变、开口易涨开等特点，如图5(a)、(b)所示；塑料橡胶夹夹口截面形状主要为椭圆形、菱形，夹口截面形状虽然较利于嫁接苗切口夹持，但其夹口不能发生形变，由于夹口力臂较短，开口难以胀开，难以形成滑移错位局部形变区，如图5(c)、(d)、(e)所示。因此，针对接穗下压工艺，选择软橡胶嫁接夹或套管作为嫁接夹持固定物。

图5　常用嫁接固定物

2　接穗下压工艺特性试验

2.1　材料与方法

在嫁接机嫁接过程中，接穗下压位移过小，接穗与砧木苗径相差较大的组合无法产生足够的滑移错位，局部形变区小，夹持力F、切口贴合力N小，接穗易脱落；而软橡胶夹变形和夹口胀开程度有限，接穗下压位移过大，使得切口局部受过大夹持力夹伤，不利于嫁接苗成活。

为研究接穗下压工艺特性，本试验以新星101番茄幼苗为接穗，以改良托托斯加为砧木，切削角度为25°，软橡胶嫁接夹夹口直径为3mm[6]，选取接穗下压位移、接穗与砧木苗径组合为因素，进行2因素3水平试验。其中，接穗下压位移x的水平为0、1、2mm，接穗与砧木的苗径组合的水平为2.5～2.5mm、2.5～3.5mm、3.0～3.0mm，苗径偏差为±0.1，每组试验重复5次，试验平台如图6所示。用ARK-10M4-20型测力仪测量嫁接后接穗拔出力Ft。由于接穗拔出力Ft大小等于夹子与接穗之间的摩擦力Ff大小，由式(4)、式(5)可知夹持力F与贴合力N正比于Ff，故夹持力F与贴合力N正比于接穗拔出力Ft。

2.2　结果与分析

接穗拔出力随接穗拔出时间变化曲线如图7所示。当接穗或砧木苗径小于嫁接夹夹口直径时，若接穗下压位移x=0，接穗拔出力Ft很小，故夹持力F、切口贴合力N很小，嫁接后接穗很容易脱落，嫁接失败，如图7(a)所示；若接穗下压位移x≠0，接穗拔出力Ft明显增大，但接穗拔出过程中Ft增大后迅速降低，表明该情况下夹持力F只在局部变形区明显增大，如图7(b)所示；当接穗与砧木苗径组合近似于嫁接夹夹口直径时，若接穗下压位移x=0，接穗拔出过程中接穗拔出力Ft能在较长时间维持较大值，该拔出力可以满足嫁接需求，如图7(c)所示；若接穗下压位移x≠0，接穗拔出力Ft明显增大，接穗拔出过程中脱离局部变形区后也出现Ft迅速降低现象，但下降后Ft仍能维持接穗下压位移x=0mm时的水平，如图7(d)所示。

1.ARK-10M4-20型测力仪　2.接穗　3.嫁接夹　4.砧木

a.接穗下压位移x=0，接穗或砧木直径小于嫁接夹口直径；b.接穗下压位移x≠0，接穗与砧木苗径近似于嫁接夹夹口直径；c.接穗下压位移x≠0，接穗或砧木苗径小于嫁接夹口直径；d. 接穗下压位移x=0，接穗与砧木苗径近似于嫁接夹夹口直径。

图7接穗拔出力曲线

Fig.7Scion output curve

接穗下压位移试验结果如图8所示。其中，接穗拔出力Ft为5次重复试验接穗拔出过程中接穗拔出力最大值的平均值。试验结果方差分析如表1所示。

图8　接穗下压位移试验结果

变异来源平方和自由度均方差 F值显著水平接穗与砧木苗径组合0.21120.0703.6160.032接穗下压位移0.90520.45323.3140误差0.369180.0195.699总变异6.80927

试验结果表明：接穗下压位移x对接穗下压力影响显著，若接穗下压位移x=0，即没有进行接穗下压工艺时，接穗拔出力Ft最小；当砧木与接穗苗径组合为3.0～3.0mm的接穗拔出力Ft为0.367N，此时接穗与砧木苗径等于嫁接夹夹口直径，故该力状态下嫁接苗接穗不易脱落；当接穗或砧木苗径小于嫁接夹夹口直径时，接穗拔出力Ft很小，甚至可以忽略不计。随着下压位移的增大，接穗拔出力Ft明显增大，当x=1mm时，砧木与接穗苗径组合为2.5～2.5mm的接穗拔出力Ft已接近砧木与接穗苗径组合为3.0～3.0mm接穗拔出力Ft，砧木与接穗苗径组合为2.5-～3.5mm的接穗拔出力Ft已超过砧木与接穗苗径组合为3.0～3.0mm接穗拔出力Ft。由于接穗下压位移过大易损伤切口，故选择接穗下压位移x=1mm为合理的接穗下压位移。