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前言
2000多年前嫁接技术起源于中国[1]，最初目的是为了保存和延续优质果树资源。1925年日本将嫁接技术引入蔬菜育苗产业[1]，解决了因蔬菜重茬而导致的病虫害发生严重等问题。通过嫁接育苗能够有效提高蔬菜产量，改善产品品质，保障市场供应。据统计，中国每年蔬菜育苗移栽面积超过1000万hm2，蔬菜移栽苗需求量超过6800亿株[9]。目前，约有30%的黄瓜和40%的西瓜采用嫁接苗栽培[2]，番茄、辣椒、茄子等蔬菜也开始广泛应用嫁接育苗技术。由于人工嫁接育苗效率低，质量参差不齐，制约了育苗企业的快速发展，无法满足蔬菜生产对嫁接苗日益增长的需求，开发机械化嫁接技术成为蔬菜育苗产业发展的必然趋势。
嫁接作业关键技术
嫁接机的发展历程
嫁接技术的优点
温室大棚等设施反季节蔬菜栽培，由于产量高、经济效益好，种植面积逐年扩大，全国设施蔬菜面积已经达到370万hm2 [8]。由于温室大棚特殊的固定设施栽培模式，种植者长期在同一块地重复种植同一种作物，同一物种会在土壤中释放次级代谢物，容易产生连作障碍，出现产量低、抗逆性差等問题;多年重复种植同一作物，还会造成病虫害在土壤中逐渐积累，导致土传病虫害逐年加重[4]，如枯萎病、细菌性青枯病、根结线虫病等，造成减产甚至绝收，给蔬菜安全生产造成极大威胁。选择合适的近亲植物作为砧木，通过种苗嫁接技术，可以有效的克服连作障碍，提高蔬菜对枯萎病、青枯病、根结线虫病等多种病原物的抗性[4]，种苗嫁接已经成为增强作物抗性，防治顽固病虫害，提高蔬菜产量，改善蔬菜品质的蔬菜栽培关键措施之一。
人工嫁接的技术瓶颈
蔬菜种苗常用的嫁接方法主要有插接法、劈接法、靠接法等。目前蔬菜种苗嫁接主要依靠人工操作，一个熟练嫁接工，一般每天能嫁接3500株左右的种苗，年育苗能力1亿株种苗规模的育苗厂，种苗嫁接需要耗费28000个工作日。随着农村劳动力短缺，种苗嫁接用工矛盾日益突出。嫁接苗的成活率的高低主要与操作人员的熟练程度有关，由于人工操作上的差异，往往同一批苗因为不同的人操作，而嫁接质量不同，嫁接质量不好的种苗会长出气生根、接穗生长势弱，种苗品质差，严重时造成大量嫁接苗报废，给育苗生产造成经济损失。如何生产出优质、健壮的嫁接苗，成为当前育苗行业急需解决的关键问题。
嫁接机械的研究进展
日本在1986年由农林水产省牵头，技术协会联合机械制造与研发企业开始研究机械化嫁接。1993年井关公司推出了GR800系列嫁接机，其中GR800T使用贴接，主要应用在茄果类蔬菜。1993年洋马公司推出了AG1000系列全自动嫁接机，该系列嫁接机也采用贴接[5]。韩国继日本之后也开始研究机械化嫁接技术，并于2004年推出了GR-600系列嫁接机，该系列嫁接机采用半自动设计，适用于瓜类和茄果类蔬菜。荷兰在2009年向市场投放了Graft1000系列自动嫁接机，该系列嫁接机采用平接，适合茄果类蔬菜嫁接。西班牙也推出了EMP-300系列半自动嫁接机，该系列嫁接机采用贴接，配合套管夹使用[6]。目前，机械化嫁接技术主要掌握在日本、韩国、荷兰、意大利、西班牙等农业技术发达的国家[1]。
中国对于机械化嫁接技术的研究较早，但是研究进展较慢。1998年，中国农业大学研发出了2JSZ-600系列嫁接机，该系列采用贴接法，主要用于瓜类蔬菜嫁接[7]。2012年，华南农业大学、北京农业智能装备研究中心也相继研发出机械化嫁接设备。中国虽然也研发出了嫁接设备，但是由于技术和成本的限制，没能大规模的推广应用。山东安信种苗股份有限公司（以下简称“安信种苗”）20多年来深耕蔬菜育苗，目前年育苗量达到2亿株，但是受限于人工嫁接的效率，想要进一步提高嫁接种苗的数量，必须发展机械化嫁接技术。安信种苗联合多家科研院所和智能制造企业，开发出两个系列种苗自动嫁接机器，分别采用插接和劈接，适用于瓜类、茄果类蔬菜种苗嫁接，这些装备比人工嫁接速度快，嫁接成活率高，生产出来的嫁接苗更加整齐、健壮、长势好（图1）。
嫁接机
嫁接机的主要功能就是模拟人工嫁接动作，将接穗和砧木通过切面有机结合到一起。人工嫁接的工人需要大量的实践，积累一定的经验，才能熟练掌握种苗嫁接技术，受到很多主观因素的影响，人工嫁接的种苗质量不稳定。嫁接机通过对客观数据的计算和分析，能够精准重复嫁接过程中相同动作，快速高质量的完成种苗嫁接工作。
插接机
插接的主要技术要点包括接穗削切，插针的扎入角度和深度，接穗插入的深度。安信种苗在研发过程中发现，插接自动化的难点在于如何精确的将插针和接穗插入到砧木生长点叶腋处。最后通过高精度的传动和特殊定位结构，实现了插接的自动化操作。
嫁接机嫁接流程分为2个部分，一部分是砧木，另一部分是接穗（图2）。首先嫁接机从穴盘抓取砧木，然后通过二次定位结构对砧木生长点进行智能识别和精确定位，接着使用定位夹固定砧木，嫁接针从上方插入子叶叶腋然后拔出，插针插入的角度、深度都直接影响后期伤口愈合的时间;与此同时接穗被机器从穴盘中抓取，通过二次定位结构对茎杆进行固定，然后切刀刀片对接穗进行削切，削切后通过机械结构运动到砧木上方，经过嫁接机智能识别和精确计算，将接穗精准的插入到嫁接孔内（图3～4）。插接机每小时能完成150株苗的嫁接，全程只需要1个普通工人进行操作，不需要花费大量时间培养熟练嫁接工。
劈接机
在蔬菜种苗嫁接时，劈接主要应用在番茄、辣椒、茄子等茄果类蔬菜中。由于这些蔬菜的生理特性，劈接技术可以提高嫁接成活率和嫁接苗品质，所以劈接也是安信种苗嫁接自动化的核心技术。劈接的技术要点包括纵向劈切砧木的深度、接穗削切两面的长度和角度、接穗插入后保持接穗不滑动。劈接机主要操作步骤包括接穗削切、砧木处理、接穗插入、嫁接夹固定，具体步骤见图5。 劈接机同时抓取砧木和接穗，将砧木固定好之后，横向切断砧木茎秆之后，垂直刀片从茎秆中心切开砧木。嫁接机械手抓取接穗，嫁接机直接使用双刀片把接穗切成楔形，然后移动到砧木切口上方，切刀缓慢抽出，接穗逐渐向下插入，当接穗刚好插入切口时，切刀完全抽出，此时机械手将嫁接夹传送到嫁接处，夹紧嫁接夹（图6）。
安信种苗多年来对嫁接核心技术进行总结，将其应用到劈接机上，通过一系列精准的机械操作，保证嫁接完成后接穗和砧木一直紧密贴合。劈接机每小时能嫁接180株苗，人工嫁接时需要2人相互配合，嫁接效率才会比较高，而劈接机只需要1个毫无嫁接经验的工人即可操作。
嫁接后管理
嫁接后为了让嫁接苗尽快愈合，需要对其进行精心栽培管理。
湿度
嫁接后的种苗整齐排列在苗床上，空气相对湿度保持在95%以上，根据嫁接苗的大小逐渐增加通风换气的时间和换气量。当嫁接苗不再萎蔫即可转入正常管理，相对湿度控制在60%～70%，夜间、阴雨天可以使用暖风炉保温、使用安信除湿杀菌机降低湿度。
温度
嫁接苗愈合需要保持在25～30℃，伤口愈合后嫁接苗可以转入正常管理，第2片真叶展开后适当控制温度，防止嫁接苗徒长，培育壮苗。
光照
刚嫁接好的幼苗由于水分、营养传输被阻断，会因为水分大量蒸发造成萎蔫，所以需要采取遮光措施，阴雨天可以不遮光。根据嫁接苗的大小和愈合情况，可以逐渐减少早、晚遮光时间，6天后可以停止遮光。
肥水管理
种苗嫁接后保持适宜空气湿度，控制好水分，当嫁接苗不再萎蔫后浇一遍清水。6天后转入正常肥水管理，根据天气情况，可以在浇灌用水里加入1‰“保瑞丰10号”育苗肥和几丁聚糖、氨基寡糖素等植物诱导剂，增强嫁接苗抗逆性。
植保措施
在育苗温室所有通风口及进出口设防虫网，温室内悬挂黄板、蓝板用以诱杀白粉虱、蚜虫、蓟马等害虫。嫁接种苗伤口愈合后，喷施72.2%霜霉威水剂750倍、3%噻霉酮水分散粒剂1000倍、0.5%氨基寡糖素水剂750倍、10%虫螨腈悬浮剂1500倍、1.8%阿维菌素乳油1500倍，预防病虫危害。在使用化学药剂预防病虫害时，应当注意施药时间，建议下午喷药。用药应当注意合理混用、轮换交替使用不同作用机理的药剂。
育苗生产全程机械化
当前中国的育苗机械化研究还停留在种苗嫁接等少数几个生产环节上，整个育苗生产机械化设备有待进一步研究开发。安信种苗从种苗嫁接机械化入手，向育苗上下游生产环节延伸，开发出温汤浸种机、平盘播种机、穴盘播种机、智能施肥机、高压高频打药机、病害智能识别系统、除湿杀菌机、大棚温湿度自动控制系统、水肥自动喷灌车、智能运输车等多种育苗生产智能机械装备。安信种苗通过多年在育苗生产机械自动化方面的投入，已经初步完成了机械化育苗体系建设，通过育苗机械化提高育苗效率，降低对人工操作的依赖程度，并且能够精准量化育苗的各项技术指标，培育健壮高品质种苗。现在安信种苗年育苗量从1.5亿株提高到2亿株，未来将有更多更新的自动化机械设备投入使用，有望达到年育苗量4亿株的目标。目前种苗嫁接机研发投入大、设备成本高、嫁接种苗成活率低，嫁接速度有待进一步提高。随着育苗工厂化的推进，育苗产业将会朝着工业化方向发展，未来将有更多机械化、自动化装备引入嫁接育苗中，越来越多机械自动化操作将代替人工劳动，嫁接自动化是其中最重要的一环，中国在嫁接自动化领域已经开始了从模仿到自主创新的过程，安信种苗现在的嫁接自动化技术已经完成了产学研过渡，开始在蔬菜育苗行业全面推广应用。
参考文献
[1] 辜松，江林斌.国内外蔬菜嫁接机的发展现状[J].东北农业大学学报，2007（6）：847-851.
[2] 全国蔬菜种苗科技协同创新中心成立[J].中国蔬菜，2018（12）：28.
[3] 么秋月，李蒙蒙.“2017设施农业产业大会”主旨报告精编[J].农业工程技术（温室园艺），2017，37（28）：15-27.
[4] 储高峰. 茄科蔬菜自动嫁接技术的研究[D].北京：中国农业大学，2002.
[5] Jung-Myung Lee C，Kubota S J， Tsao Z，etal.Hoyos Echevarria，et al. Current status of vegetable grafting： Diffusion， grafting techniques， automation[J]. Scientia Horticulturae，2010，127（2）：93-105.
[6] 孫群.国内外蔬菜自动化嫁接技术研究现状[J].农业机械，2004（1）：52.
[7] 张铁中.2JSZ-600型蔬菜自动嫁接机[J].农村百事通，2000（21）：42.
2000多年前嫁接技术起源于中国[1]，最初目的是为了保存和延续优质果树资源。1925年日本将嫁接技术引入蔬菜育苗产业[1]，解决了因蔬菜重茬而导致的病虫害发生严重等问题。通过嫁接育苗能够有效提高蔬菜产量，改善产品品质，保障市场供应。据统计，中国每年蔬菜育苗移栽面积超过1000万hm2，蔬菜移栽苗需求量超过6800亿株[9]。目前，约有30%的黄瓜和40%的西瓜采用嫁接苗栽培[2]，番茄、辣椒、茄子等蔬菜也开始广泛应用嫁接育苗技术。由于人工嫁接育苗效率低，质量参差不齐，制约了育苗企业的快速发展，无法满足蔬菜生产对嫁接苗日益增长的需求，开发机械化嫁接技术成为蔬菜育苗产业发展的必然趋势。
嫁接作业关键技术
嫁接机的发展历程
嫁接技术的优点
温室大棚等设施反季节蔬菜栽培，由于产量高、经济效益好，种植面积逐年扩大，全国设施蔬菜面积已经达到370万hm2 [8]。由于温室大棚特殊的固定设施栽培模式，种植者长期在同一块地重复种植同一种作物，同一物种会在土壤中释放次级代谢物，容易产生连作障碍，出现产量低、抗逆性差等問题;多年重复种植同一作物，还会造成病虫害在土壤中逐渐积累，导致土传病虫害逐年加重[4]，如枯萎病、细菌性青枯病、根结线虫病等，造成减产甚至绝收，给蔬菜安全生产造成极大威胁。选择合适的近亲植物作为砧木，通过种苗嫁接技术，可以有效的克服连作障碍，提高蔬菜对枯萎病、青枯病、根结线虫病等多种病原物的抗性[4]，种苗嫁接已经成为增强作物抗性，防治顽固病虫害，提高蔬菜产量，改善蔬菜品质的蔬菜栽培关键措施之一。
人工嫁接的技术瓶颈
蔬菜种苗常用的嫁接方法主要有插接法、劈接法、靠接法等。目前蔬菜种苗嫁接主要依靠人工操作，一个熟练嫁接工，一般每天能嫁接3500株左右的种苗，年育苗能力1亿株种苗规模的育苗厂，种苗嫁接需要耗费28000个工作日。随着农村劳动力短缺，种苗嫁接用工矛盾日益突出。嫁接苗的成活率的高低主要与操作人员的熟练程度有关，由于人工操作上的差异，往往同一批苗因为不同的人操作，而嫁接质量不同，嫁接质量不好的种苗会长出气生根、接穗生长势弱，种苗品质差，严重时造成大量嫁接苗报废，给育苗生产造成经济损失。如何生产出优质、健壮的嫁接苗，成为当前育苗行业急需解决的关键问题。
嫁接机械的研究进展
日本在1986年由农林水产省牵头，技术协会联合机械制造与研发企业开始研究机械化嫁接。1993年井关公司推出了GR800系列嫁接机，其中GR800T使用贴接，主要应用在茄果类蔬菜。1993年洋马公司推出了AG1000系列全自动嫁接机，该系列嫁接机也采用贴接[5]。韩国继日本之后也开始研究机械化嫁接技术，并于2004年推出了GR-600系列嫁接机，该系列嫁接机采用半自动设计，适用于瓜类和茄果类蔬菜。荷兰在2009年向市场投放了Graft1000系列自动嫁接机，该系列嫁接机采用平接，适合茄果类蔬菜嫁接。西班牙也推出了EMP-300系列半自动嫁接机，该系列嫁接机采用贴接，配合套管夹使用[6]。目前，机械化嫁接技术主要掌握在日本、韩国、荷兰、意大利、西班牙等农业技术发达的国家[1]。
中国对于机械化嫁接技术的研究较早，但是研究进展较慢。1998年，中国农业大学研发出了2JSZ-600系列嫁接机，该系列采用贴接法，主要用于瓜类蔬菜嫁接[7]。2012年，华南农业大学、北京农业智能装备研究中心也相继研发出机械化嫁接设备。中国虽然也研发出了嫁接设备，但是由于技术和成本的限制，没能大规模的推广应用。山东安信种苗股份有限公司（以下简称“安信种苗”）20多年来深耕蔬菜育苗，目前年育苗量达到2亿株，但是受限于人工嫁接的效率，想要进一步提高嫁接种苗的数量，必须发展机械化嫁接技术。安信种苗联合多家科研院所和智能制造企业，开发出两个系列种苗自动嫁接机器，分别采用插接和劈接，适用于瓜类、茄果类蔬菜种苗嫁接，这些装备比人工嫁接速度快，嫁接成活率高，生产出来的嫁接苗更加整齐、健壮、长势好（图1）。
嫁接机
嫁接机的主要功能就是模拟人工嫁接动作，将接穗和砧木通过切面有机结合到一起。人工嫁接的工人需要大量的实践，积累一定的经验，才能熟练掌握种苗嫁接技术，受到很多主观因素的影响，人工嫁接的种苗质量不稳定。嫁接机通过对客观数据的计算和分析，能够精准重复嫁接过程中相同动作，快速高质量的完成种苗嫁接工作。
插接机
插接的主要技术要点包括接穗削切，插针的扎入角度和深度，接穗插入的深度。安信种苗在研发过程中发现，插接自动化的难点在于如何精确的将插针和接穗插入到砧木生长点叶腋处。最后通过高精度的传动和特殊定位结构，实现了插接的自动化操作。
嫁接机嫁接流程分为2个部分，一部分是砧木，另一部分是接穗（图2）。首先嫁接机从穴盘抓取砧木，然后通过二次定位结构对砧木生长点进行智能识别和精确定位，接着使用定位夹固定砧木，嫁接针从上方插入子叶叶腋然后拔出，插针插入的角度、深度都直接影响后期伤口愈合的时间;与此同时接穗被机器从穴盘中抓取，通过二次定位结构对茎杆进行固定，然后切刀刀片对接穗进行削切，削切后通过机械结构运动到砧木上方，经过嫁接机智能识别和精确计算，将接穗精准的插入到嫁接孔内（图3～4）。插接机每小时能完成150株苗的嫁接，全程只需要1个普通工人进行操作，不需要花费大量时间培养熟练嫁接工。
劈接机
在蔬菜种苗嫁接时，劈接主要应用在番茄、辣椒、茄子等茄果类蔬菜中。由于这些蔬菜的生理特性，劈接技术可以提高嫁接成活率和嫁接苗品质，所以劈接也是安信种苗嫁接自动化的核心技术。劈接的技术要点包括纵向劈切砧木的深度、接穗削切两面的长度和角度、接穗插入后保持接穗不滑动。劈接机主要操作步骤包括接穗削切、砧木处理、接穗插入、嫁接夹固定，具体步骤见图5。 劈接机同时抓取砧木和接穗，将砧木固定好之后，横向切断砧木茎秆之后，垂直刀片从茎秆中心切开砧木。嫁接机械手抓取接穗，嫁接机直接使用双刀片把接穗切成楔形，然后移动到砧木切口上方，切刀缓慢抽出，接穗逐渐向下插入，当接穗刚好插入切口时，切刀完全抽出，此时机械手将嫁接夹传送到嫁接处，夹紧嫁接夹（图6）。
安信种苗多年来对嫁接核心技术进行总结，将其应用到劈接机上，通过一系列精准的机械操作，保证嫁接完成后接穗和砧木一直紧密贴合。劈接机每小时能嫁接180株苗，人工嫁接时需要2人相互配合，嫁接效率才会比较高，而劈接机只需要1个毫无嫁接经验的工人即可操作。
嫁接后管理
嫁接后为了让嫁接苗尽快愈合，需要对其进行精心栽培管理。
湿度
嫁接后的种苗整齐排列在苗床上，空气相对湿度保持在95%以上，根据嫁接苗的大小逐渐增加通风换气的时间和换气量。当嫁接苗不再萎蔫即可转入正常管理，相对湿度控制在60%～70%，夜间、阴雨天可以使用暖风炉保温、使用安信除湿杀菌机降低湿度。
温度
嫁接苗愈合需要保持在25～30℃，伤口愈合后嫁接苗可以转入正常管理，第2片真叶展开后适当控制温度，防止嫁接苗徒长，培育壮苗。
光照
刚嫁接好的幼苗由于水分、营养传输被阻断，会因为水分大量蒸发造成萎蔫，所以需要采取遮光措施，阴雨天可以不遮光。根据嫁接苗的大小和愈合情况，可以逐渐减少早、晚遮光时间，6天后可以停止遮光。
肥水管理
种苗嫁接后保持适宜空气湿度，控制好水分，当嫁接苗不再萎蔫后浇一遍清水。6天后转入正常肥水管理，根据天气情况，可以在浇灌用水里加入1‰“保瑞丰10号”育苗肥和几丁聚糖、氨基寡糖素等植物诱导剂，增强嫁接苗抗逆性。
植保措施
在育苗温室所有通风口及进出口设防虫网，温室内悬挂黄板、蓝板用以诱杀白粉虱、蚜虫、蓟马等害虫。嫁接种苗伤口愈合后，喷施72.2%霜霉威水剂750倍、3%噻霉酮水分散粒剂1000倍、0.5%氨基寡糖素水剂750倍、10%虫螨腈悬浮剂1500倍、1.8%阿维菌素乳油1500倍，预防病虫危害。在使用化学药剂预防病虫害时，应当注意施药时间，建议下午喷药。用药应当注意合理混用、轮换交替使用不同作用机理的药剂。
育苗生产全程机械化
当前中国的育苗机械化研究还停留在种苗嫁接等少数几个生产环节上，整个育苗生产机械化设备有待进一步研究开发。安信种苗从种苗嫁接机械化入手，向育苗上下游生产环节延伸，开发出温汤浸种机、平盘播种机、穴盘播种机、智能施肥机、高压高频打药机、病害智能识别系统、除湿杀菌机、大棚温湿度自动控制系统、水肥自动喷灌车、智能运输车等多种育苗生产智能机械装备。安信种苗通过多年在育苗生产机械自动化方面的投入，已经初步完成了机械化育苗体系建设，通过育苗机械化提高育苗效率，降低对人工操作的依赖程度，并且能够精准量化育苗的各项技术指标，培育健壮高品质种苗。现在安信种苗年育苗量从1.5亿株提高到2亿株，未来将有更多更新的自动化机械设备投入使用，有望达到年育苗量4亿株的目标。目前种苗嫁接机研发投入大、设备成本高、嫁接种苗成活率低，嫁接速度有待进一步提高。随着育苗工厂化的推进，育苗产业将会朝着工业化方向发展，未来将有更多机械化、自动化装备引入嫁接育苗中，越来越多机械自动化操作将代替人工劳动，嫁接自动化是其中最重要的一环，中国在嫁接自动化领域已经开始了从模仿到自主创新的过程，安信种苗现在的嫁接自动化技术已经完成了产学研过渡，开始在蔬菜育苗行业全面推广应用。
参考文献
[1] 辜松，江林斌.国内外蔬菜嫁接机的发展现状[J].东北农业大学学报，2007（6）：847-851.
[2] 全国蔬菜种苗科技协同创新中心成立[J].中国蔬菜，2018（12）：28.
[3] 么秋月，李蒙蒙.“2017设施农业产业大会”主旨报告精编[J].农业工程技术（温室园艺），2017，37（28）：15-27.
[4] 储高峰. 茄科蔬菜自动嫁接技术的研究[D].北京：中国农业大学，2002.
[5] Jung-Myung Lee C，Kubota S J， Tsao Z，etal.Hoyos Echevarria，et al. Current status of vegetable grafting： Diffusion， grafting techniques， automation[J]. Scientia Horticulturae，2010，127（2）：93-105.
[6] 孫群.国内外蔬菜自动化嫁接技术研究现状[J].农业机械，2004（1）：52.
[7] 张铁中.2JSZ-600型蔬菜自动嫁接机[J].农村百事通，2000（21）：42.