林木數控扦插育苗技術管理研究

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摘要：為提高林木扦插育苗生產數控化水平，實現扦插過程質量可控，開展了林木數控扦插育苗技術管理規范研究。該文給出了林木數控扦插育苗技術的定義，從溫室設施、數控設備、設備管理等方面，規范了林木數控扦插育苗技術。育苗技術、溫室結構、容器育苗、經營檔案等采用現有國家標準、行業標準。該技術采取計算機控制、物聯網技術，融合傳統林木扦插育苗技術，培育林木無性系良種，實現了優質林木種苗生產過程的精確控制和批量化生產，對規模化林木數控扦插育苗具有重要指導意義。

關鍵詞：林木育苗；數控技術；扦插；管理規范

近年，隨著城鄉綠化建設質量的提升，高品質無性系種苗需求越來越多。傳統扦插育苗方式，現代化設施設備缺乏、扦插過程環境復雜、種苗質量難以控制等問題亟待解決。在計算機、物聯網等交叉領域技術突破的帶動下，林木數控扦插育苗技術日益成熟，育苗過程控制精細化，大大提高了扦插育苗的成活率和種苗質量。項目組前期制定了“林木育苗數控技術規程”，有關技術在日本紅楓、桂花、樸樹、無刺枸骨、紅葉石楠、槐樹、紅花檵木等30余個樹種扦插育苗上廣泛應用[1-3]。我國林木育苗數控化生產起步較晚，但近年發展迅速，目前就技術層面而言，許多生產工序已經可以實現設施化、工廠化、智能化；育苗溫室、數控設備、數控管理等設施技術正逐步規范化[4]。林木扦插數控育苗的關鍵環節是環境參數的采集、數控設施設備的管理與種苗培育的技術融合。項目組前期將林木數控育苗技術規范化管理應用到實際生產過程中，該文重點總結了當前林木扦插育苗生產的關鍵技術環節，可促進林木溫室扦插育苗生產質量的精控，提高扦插成活率。

1林木扦插育苗現狀

現階段，普通溫室育苗仍是林木扦插育苗的主體。普通溫室標準化程度低、使用壽命短、管理維護難，對溫光水氣熱的監測和控制不足，不利于優質苗木的培育。普通溫室單位面積投資小，育苗標準化、自動化程度低、周期長，育苗過程易發生病蟲草害[5]。利用設施溫室、物聯網及輕基質容器等技術開展無性系良種的規模化扦插擴繁可克服上述缺點，是未來林木育苗的發展趨勢。扦插育苗是林木育苗中最常用的一種無性繁殖方法[6]，該技術關鍵在于促進插穗不定根的形成。不定根易受扦插基質、氣溫、光照、空氣、濕度等環境因素影響[7-8]。利用設施技術，通過扦插環境的精確控制，可為插穗提供水分，培育過程可調節空氣及插床的溫度和濕度，為種苗提供一個適宜的生長環境[9]。智能化設施設備可很好地調節林木生長環境因子，而將數控育苗技術運用到設施溫室中是對傳統育苗手段的重要技術突破。

2林木數控育苗技術

數控技術是實現高效節能、改造傳統產業并且促進機電一體化的關鍵技術[10]。把生物技術與數控技術有機結合產生的數控育苗技術是一種全新的育苗技術，它通過先進的儀器設備、高水平管理，規范育苗過程，可為植物生長發育創造最佳的溫、光、水、氣、熱、營養等環境，實現育苗生產的批量化和優質化。在林木種苗生產中，林木數控扦插育苗是將復雜多變的光照、溫度、濕度等環境信息，轉變為可度量的數字、數據，再以這些數字、數據建立數字化模型，達到設施溫室內光照、溫度、濕度等的可控，實現林木育苗數字化控制的一種育苗方式[11]。其不同于傳統扦插嫁接，是設施設備、智能控制及現代生物技術等育苗技術的集成與發展，既有傳統育苗的易操作性，又有現代育苗的高效性，是一種基于細胞全能性和植物全息性的新型育苗技術，可克服傳統育苗時節、空間、條件等限制[6]。林木數控育苗技術基地選址無特殊要求，對土壤氣候無特定要求；采用計算機技術與物聯網農業系統，實現種苗生產過程智能化、自動化，林木整齊度優、商品率高；計算機控制系統可升級改進，用于設施溫室環境控制、智能灌溉等生產應用[10]。未來數控育苗技術在林木上普及應用度會更高，可提高林木良種的擴繁效率，推動我國優良無性系林木良種的應用。

3林木數控育苗設施設備

3.1設施溫室

自動化溫室大棚配有移動天窗，遮陽、保溫、供暖、濕幕、冷卻、噴灌及滴灌等系統，移栽苗床、計算機控制自動設施。其中苗床自動化管理，據調查國內傳統固定苗床，耗損大量人力物力，尤其是大型溫室大棚更加凸顯不便利性。自動化苗床輸送系統的推送裝置控制程序包括核心部件PLC（可編程邏輯控制器）并編寫程序語言，連接原器件，與轉運平車、升降機等設備組成整套苗床轉運系統。主要數控設備相關參數如下：①溫室大棚溫度調節包括升溫和降溫，時間段分別是11月至翌年3月、4—10月，溫度分別為2℃~25℃、15℃~35℃，誤差精確至±1℃。②濕度調節增濕和降濕，空氣濕度可調范圍為40%~100%，基質相對濕度可調范圍為40%~95%，誤差精確控制±5%。③光照調節遮陰和補光裝置，白天溫室大棚內可調范圍1000~10000lx，誤差精確控制±5%。④給水裝置使用霧化噴頭，孔徑0.15mm，壓力10~70kg/cm，噴霧量20~48mL/min，主要利用水壓將水以細微水滴噴射出。⑤移動苗床高0.6~0.8m，寬1.4~1.8m，邊框材質為鋁合金，可左右移動，主體框架和苗床網采用熱鍍鋅工藝，設限位防翻裝置。

3.2遙感器

通過運用物聯網系統的溫度傳感器、濕度傳感器、pH值傳感器、光照度傳感器、CO2傳感器等設備，檢測環境中的溫度、相對濕度、pH值、光照強度、土壤養分、CO2濃度等物理量參數，確保種苗有一個適宜的生長環境。遠程控制的實現使技術人員在辦公室就能對多個設施環境進行監測控制。采用無線網絡來測量獲得林木生長的最佳條件。溫室大棚內部分傳感器主要技術參數指標如下：①溫濕傳感器，測量范圍，溫度-20℃~70℃，濕度0~100%RH，測量精度，溫度為±0.5℃，分辨率為0.1℃，濕度為±5%RH，分辨率為0.1RH。輸出接口為RS485，平均功耗<0.1W，波特率為9600[8]。②光照傳感器，測量區間為0~100000lx，波長測量范圍380~730μm，反應時間為1s完成90%讀數，分辨率3lx，輸出接口為RS485，采用標準MODBUSRTU通訊協議。③CO2傳感器監測精度為±（0.004%+3%F·S）（25℃），工作溫濕度分別為-20℃~50℃、0~70%RH[1]。④稱重傳感器選用AT8502型傳感器，量程8~12kg，靈敏度2.0mV/V[12]。

3.3其他設備技術

在實驗室，常用的數控育苗設備主要有大型培養箱，運用智能苗木培養箱能夠提高林木生產育苗成活率和生長速度。智能培養箱通常包含傳感技術和WinCE嵌入式系統，由箱體和控制系統組成，具備信息采集、傳輸、分析處理及箱內環境參數調控功能，并通過攝像頭實時監控拍攝箱內苗木生長發育及箱內內部運行情況。箱內部設有稱重傳感器、360°旋轉轉盤、無線模塊和歷史數據模塊等。其中無線模塊通過移動設備遠程控制苗木培養箱，歷史數據模塊在特定時間記錄環境參數并通過圖表顯示結果[13]。常用的箱體長達8m，寬5m，高10m，分上下兩層，上層用于苗木培養，下層放置控制硬件，壁厚35mm，由隔熱材料組成，四周百葉窗遮擋，培養箱相對濕度需控制精度±2%RH，溫度控制±1℃，CO2濃度控制±0.002%。光照系統用LED植物補光燈，紅紫光波長分別為655~660nm、450~455nm，強度比為10∶4[13]。

4數控設備管理

自動化溫室大棚數控設備管理采用嵌入式Web服務器，通過網絡接入芯片，連接各個傳感器、計算機控制系統、農業物聯網系統、網絡通信及人工智能等設施設備。連接各個系統后實現溫室結構的互聯網訪問，為溫室林木育苗所需溫度、濕度、光照等諸多環境因子智能化、網絡化控制提供詳細的解決方案。同時采用單機版管理系統，依靠傳感器的感應，對數據進行集中采集、存儲和管理，通過計算機控制和物聯網溫室信息監測管理系統構成C/S（Client/Server）架構，多臺計算機分工完成，采用“功能分布”原則，客戶端完成數據處理、數據表示以及用戶接口功能；服務器端完成DBMS（數據庫管理系統）。基于這種架構完成實現局域網范圍內的高效現場溫室信息管理，形成數控設備與信息技術系統協同作用于林木優質化育苗的現代化高水平生產局面。

5計算機控制與物聯網

計算機聯網控制已建立起的數字化模型對設施內林木育苗進行規范化管理，而物聯網將各種信息傳感設備與互聯網結合形成一個巨大網絡，實現在任何時間、地點，人、機、物的互聯互通。通過數字化模型利用計算機系統把電子標簽對應定位到特定部分，物聯網利用中心計算機對機器、設備、人員進行集中管理、控制，類似自動化操控系統，同時收集特定部分數據，最后聚集成大數據，包括林木育苗所需的溫、光、水、氣、熱、土壤理化性狀、病蟲害防治等數據。其中林木物聯網是物聯網技術在林木育苗生產、經營、管理和服務中的應用，用各類感知設備，采集從幼苗到成株本體及林木產品物流相關信息，通過網絡傳輸技術將獲取的生長發育信息進行融合、處理，最后通過智能化操作終端，實現林木生產全過程監控，科學決策和實時服務。首先，利用物聯網感知技術，包括傳感器、射頻識別技術（RFID）、條碼、全球定位系統（GPS）、遙感（RS）等技術手段，在任何時間對林木育苗過程中相關信息，如光照度、溫濕度、氣體含量等進行采集與獲取。再用傳輸技術將感知設備接入傳輸網絡，把通過感知設備采集到的林木育苗的相關信息，借助有線或無線的通信網絡，隨時隨地進行高可靠度信息交互和共享。最后，用智能處理技術對數據進行預處理、存儲、索引、查詢、智能分析計算。物聯網在林木育苗生產中，通過各種傳感設備實現對設施環境的實時監測，結合智能數據管理系統進行環境調控，使林木盡可能處在適宜栽培環境中。設施環境監測系統還能通過積溫算法及相關生長模型，實現病蟲害預警和林木生產狀況預報。同時，設施調控系統將水肥藥綜合管理，適時進行水肥藥的供給，還能做到節水節肥。

6林木扦插育苗

6.1扦插基質

林木扦插育苗基質一般分有機物、無機物兩類，無機物如蛭石、河沙、珍珠巖等，有機物如稻殼、泥炭、鋸末等。生產上多用蛭石、珍珠巖、河沙及泥炭等，其中南方地區可用黃心土、椰糠、稻殼等[14]。常用的育苗基質厚度10cm左右，含鹽量≤0.1%，pH為6.0~6.4，通氣孔隙度>14%，孔隙度為75%~85%，持水孔隙度為45%~50%，容重為0.75~1.0g/cm3[15]。例如草炭土與珍珠巖或蛭石1∶0.2混拌等[16]。

6.2插穗

硬枝插穗，晚秋或初春采于采穗圃母樹上生長健壯的當年木質化枝條。嫩枝插穗，生長季采于生長健壯、半木質化母樹上的生長健壯枝條。取枝條中、下段部，長10~35cm，至少2個節間，護好側芽或頂芽，針葉樹種插穗保留全葉，常綠闊葉樹插穗頂端保留1~3個葉片[17]。下切口用斜切口，切口平滑，上切口距第一個芽留1~2cm。硬枝扦插在早春土壤剛化凍、芽未萌動時進行。行距8~15cm，株距8~15cm。插前苗床澆透水。扦插深度為插穗1/3左右。插后執行參考文獻[1]。

6.3扦插苗管理

6.3.1溫度。通常，扦插苗培育的適宜環境溫度為22℃~28℃，低于20℃或高于33℃種苗生長受到抑制。條件具備的，可增加基質溫度，促進生根。6.3.2濕度。使用自動化噴霧系統控制濕度，插后加強水分管理，扦插初期，苗床周圍相對濕度80%~100%為宜，基質含水量為60%~80%，生根后逐漸降低濕度。6.3.3光照。扦插前期每天光照時長12h左右，光照強度2500lx左右，待插穗長出2~3不定芽時增加光照時間及光照強度[18]。6.3.4除草、松土。遵循除早、除小、除了原則。人工除草在濕潤時連根拔除，除草劑需試驗后使用。6.3.5病蟲害綜合防治。預防為主，綜合防治；搞好環境衛生，加強溫室內外環境的病蟲害防治，為溫室種苗提供良好的條件；出圃苗木和調進的種苗進行檢疫，發現病蟲害感染嚴重和屬于檢疫對象的要立即焚燒[19]；利用害蟲趨光性，采用黑光燈、高壓滅蟲燈等消滅害蟲[20]；誘殺、人工捕殺田鼠、天牛等重要為害生物；根據苗木種類及病蟲害，正確選用農藥品種、劑型、使用濃度、用量和施用方法，既發揮藥效，又不產生藥害[17]。

6.4扦插苗木分級標準

一級苗木：苗粗壯、端直，充分木質化、無徒長，葉色澤正常；主根粗壯，側根、須根較多；頂芽飽滿，冠根比值小，無病蟲害和機械損傷。二級苗木：苗高正常，無徒長，葉色澤正常；根系發達；頂芽飽滿，冠根比值正常，無病蟲害和機械損傷。

7包裝與運輸

以帶容器袋種苗運輸為主，基質濕潤，不滴水。包裝標簽注明樹種、苗齡、等級、數量等信息。裝卸過程中輕拿輕放。車上用帆布遮擋，避免風吹日曬、雨淋和二次機械損傷。8建立檔案檔案建立包括產地、生產、經營、科學試驗等內容。詳細記錄苗床、栽培基質、施肥、灌溉、除草、農藥施用等日常生產管理活動，建立生產經營檔案，保存備查[21]。

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作者：郜文慧 黃明華 侯金波 黃玉慧 張業鴻 任杰 單位：安徽省農業科學院農業工程研究所 中徽生態環境有限公司 安徽泓森高科林業股份有限公司