林木数控扦插育苗技术管理研究

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摘要：为提高林木扦插育苗生产数控化水平，实现扦插过程质量可控，开展了林木数控扦插育苗技术管理规范研究。该文给出了林木数控扦插育苗技术的定义，从温室设施、数控设备、设备管理等方面，规范了林木数控扦插育苗技术。育苗技术、温室结构、容器育苗、经营档案等采用现有国家标准、行业标准。该技术采取计算机控制、物联网技术，融合传统林木扦插育苗技术，培育林木无性系良种，实现了优质林木种苗生产过程的精确控制和批量化生产，对规模化林木数控扦插育苗具有重要指导意义。

关键词：林木育苗；数控技术；扦插；管理规范

近年，随着城乡绿化建设质量的提升，高品质无性系种苗需求越来越多。传统扦插育苗方式，现代化设施设备缺乏、扦插过程环境复杂、种苗质量难以控制等问题亟待解决。在计算机、物联网等交叉领域技术突破的带动下，林木数控扦插育苗技术日益成熟，育苗过程控制精细化，大大提高了扦插育苗的成活率和种苗质量。项目组前期制定了“林木育苗数控技术规程”，有关技术在日本红枫、桂花、朴树、无刺枸骨、红叶石楠、槐树、红花檵木等30余个树种扦插育苗上广泛应用[1-3]。我国林木育苗数控化生产起步较晚，但近年发展迅速，目前就技术层面而言，许多生产工序已经可以实现设施化、工厂化、智能化；育苗温室、数控设备、数控管理等设施技术正逐步规范化[4]。林木扦插数控育苗的关键环节是环境参数的采集、数控设施设备的管理与种苗培育的技术融合。项目组前期将林木数控育苗技术规范化管理应用到实际生产过程中，该文重点总结了当前林木扦插育苗生产的关键技术环节，可促进林木温室扦插育苗生产质量的精控，提高扦插成活率。

1林木扦插育苗现状

现阶段，普通温室育苗仍是林木扦插育苗的主体。普通温室标准化程度低、使用寿命短、管理维护难，对温光水气热的监测和控制不足，不利于优质苗木的培育。普通温室单位面积投资小，育苗标准化、自动化程度低、周期长，育苗过程易发生病虫草害[5]。利用设施温室、物联网及轻基质容器等技术开展无性系良种的规模化扦插扩繁可克服上述缺点，是未来林木育苗的发展趋势。扦插育苗是林木育苗中最常用的一种无性繁殖方法[6]，该技术关键在于促进插穗不定根的形成。不定根易受扦插基质、气温、光照、空气、湿度等环境因素影响[7-8]。利用设施技术，通过扦插环境的精确控制，可为插穗提供水分，培育过程可调节空气及插床的温度和湿度，为种苗提供一个适宜的生长环境[9]。智能化设施设备可很好地调节林木生长环境因子，而将数控育苗技术运用到设施温室中是对传统育苗手段的重要技术突破。

2林木数控育苗技术

数控技术是实现高效节能、改造传统产业并且促进机电一体化的关键技术[10]。把生物技术与数控技术有机结合产生的数控育苗技术是一种全新的育苗技术，它通过先进的仪器设备、高水平管理，规范育苗过程，可为植物生长发育创造最佳的温、光、水、气、热、营养等环境，实现育苗生产的批量化和优质化。在林木种苗生产中，林木数控扦插育苗是将复杂多变的光照、温度、湿度等环境信息，转变为可度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立数字化模型，达到设施温室内光照、温度、湿度等的可控，实现林木育苗数字化控制的一种育苗方式[11]。其不同于传统扦插嫁接，是设施设备、智能控制及现代生物技术等育苗技术的集成与发展，既有传统育苗的易操作性，又有现代育苗的高效性，是一种基于细胞全能性和植物全息性的新型育苗技术，可克服传统育苗时节、空间、条件等限制[6]。林木数控育苗技术基地选址无特殊要求，对土壤气候无特定要求；采用计算机技术与物联网农业系统，实现种苗生产过程智能化、自动化，林木整齐度优、商品率高；计算机控制系统可升级改进，用于设施温室环境控制、智能灌溉等生产应用[10]。未来数控育苗技术在林木上普及应用度会更高，可提高林木良种的扩繁效率，推动我国优良无性系林木良种的应用。

3林木数控育苗设施设备

3.1设施温室

自动化温室大棚配有移动天窗，遮阳、保温、供暖、湿幕、冷却、喷灌及滴灌等系统，移栽苗床、计算机控制自动设施。其中苗床自动化管理，据调查国内传统固定苗床，耗损大量人力物力，尤其是大型温室大棚更加凸显不便利性。自动化苗床输送系统的推送装置控制程序包括核心部件PLC（可编程逻辑控制器）并编写程序语言，连接原器件，与转运平车、升降机等设备组成整套苗床转运系统。主要数控设备相关参数如下：①温室大棚温度调节包括升温和降温，时间段分别是11月至翌年3月、4—10月，温度分别为2℃~25℃、15℃~35℃，误差精确至±1℃。②湿度调节增湿和降湿，空气湿度可调范围为40%~100%，基质相对湿度可调范围为40%~95%，误差精确控制±5%。③光照调节遮阴和补光装置，白天温室大棚内可调范围1000~10000lx，误差精确控制±5%。④给水装置使用雾化喷头，孔径0.15mm，压力10~70kg/cm，喷雾量20~48mL/min，主要利用水压将水以细微水滴喷射出。⑤移动苗床高0.6~0.8m，宽1.4~1.8m，边框材质为铝合金，可左右移动，主体框架和苗床网采用热镀锌工艺，设限位防翻装置。

3.2遥感器

通过运用物联网系统的温度传感器、湿度传感器、pH值传感器、光照度传感器、CO2传感器等设备，检测环境中的温度、相对湿度、pH值、光照强度、土壤养分、CO2浓度等物理量参数，确保种苗有一个适宜的生长环境。远程控制的实现使技术人员在办公室就能对多个设施环境进行监测控制。采用无线网络来测量获得林木生长的最佳条件。温室大棚内部分传感器主要技术参数指标如下：①温湿传感器，测量范围，温度-20℃~70℃，湿度0~100%RH，测量精度，温度为±0.5℃，分辨率为0.1℃，湿度为±5%RH，分辨率为0.1RH。输出接口为RS485，平均功耗<0.1W，波特率为9600[8]。②光照传感器，测量区间为0~100000lx，波长测量范围380~730μm，反应时间为1s完成90%读数，分辨率3lx，输出接口为RS485，采用标准MODBUSRTU通讯协议。③CO2传感器监测精度为±（0.004%+3%F·S）（25℃），工作温湿度分别为-20℃~50℃、0~70%RH[1]。④称重传感器选用AT8502型传感器，量程8~12kg，灵敏度2.0mV/V[12]。

3.3其他设备技术

在实验室，常用的数控育苗设备主要有大型培养箱，运用智能苗木培养箱能够提高林木生产育苗成活率和生长速度。智能培养箱通常包含传感技术和WinCE嵌入式系统，由箱体和控制系统组成，具备信息采集、传输、分析处理及箱内环境参数调控功能，并通过摄像头实时监控拍摄箱内苗木生长发育及箱内内部运行情况。箱内部设有称重传感器、360°旋转转盘、无线模块和历史数据模块等。其中无线模块通过移动设备远程控制苗木培养箱，历史数据模块在特定时间记录环境参数并通过图表显示结果[13]。常用的箱体长达8m，宽5m，高10m，分上下两层，上层用于苗木培养，下层放置控制硬件，壁厚35mm，由隔热材料组成，四周百叶窗遮挡，培养箱相对湿度需控制精度±2%RH，温度控制±1℃，CO2浓度控制±0.002%。光照系统用LED植物补光灯，红紫光波长分别为655~660nm、450~455nm，强度比为10∶4[13]。

4数控设备管理

自动化温室大棚数控设备管理采用嵌入式Web服务器，通过网络接入芯片，连接各个传感器、计算机控制系统、农业物联网系统、网络通信及人工智能等设施设备。连接各个系统后实现温室结构的互联网访问，为温室林木育苗所需温度、湿度、光照等诸多环境因子智能化、网络化控制提供详细的解决方案。同时采用单机版管理系统，依靠传感器的感应，对数据进行集中采集、存储和管理，通过计算机控制和物联网温室信息监测管理系统构成C/S（Client/Server）架构，多台计算机分工完成，采用“功能分布”原则，客户端完成数据处理、数据表示以及用户接口功能；服务器端完成DBMS（数据库管理系统）。基于这种架构完成实现局域网范围内的高效现场温室信息管理，形成数控设备与信息技术系统协同作用于林木优质化育苗的现代化高水平生产局面。

5计算机控制与物联网

计算机联网控制已建立起的数字化模型对设施内林木育苗进行规范化管理，而物联网将各种信息传感设备与互联网结合形成一个巨大网络，实现在任何时间、地点，人、机、物的互联互通。通过数字化模型利用计算机系统把电子标签对应定位到特定部分，物联网利用中心计算机对机器、设备、人员进行集中管理、控制，类似自动化操控系统，同时收集特定部分数据，最后聚集成大数据，包括林木育苗所需的温、光、水、气、热、土壤理化性状、病虫害防治等数据。其中林木物联网是物联网技术在林木育苗生产、经营、管理和服务中的应用，用各类感知设备，采集从幼苗到成株本体及林木产品物流相关信息，通过网络传输技术将获取的生长发育信息进行融合、处理，最后通过智能化操作终端，实现林木生产全过程监控，科学决策和实时服务。首先，利用物联网感知技术，包括传感器、射频识别技术（RFID）、条码、全球定位系统（GPS）、遥感（RS）等技术手段，在任何时间对林木育苗过程中相关信息，如光照度、温湿度、气体含量等进行采集与获取。再用传输技术将感知设备接入传输网络，把通过感知设备采集到的林木育苗的相关信息，借助有线或无线的通信网络，随时随地进行高可靠度信息交互和共享。最后，用智能处理技术对数据进行预处理、存储、索引、查询、智能分析计算。物联网在林木育苗生产中，通过各种传感设备实现对设施环境的实时监测，结合智能数据管理系统进行环境调控，使林木尽可能处在适宜栽培环境中。设施环境监测系统还能通过积温算法及相关生长模型，实现病虫害预警和林木生产状况预报。同时，设施调控系统将水肥药综合管理，适时进行水肥药的供给，还能做到节水节肥。

6林木扦插育苗

6.1扦插基质

林木扦插育苗基质一般分有机物、无机物两类，无机物如蛭石、河沙、珍珠岩等，有机物如稻壳、泥炭、锯末等。生产上多用蛭石、珍珠岩、河沙及泥炭等，其中南方地区可用黄心土、椰糠、稻壳等[14]。常用的育苗基质厚度10cm左右，含盐量≤0.1%，pH为6.0~6.4，通气孔隙度>14%，孔隙度为75%~85%，持水孔隙度为45%~50%，容重为0.75~1.0g/cm3[15]。例如草炭土与珍珠岩或蛭石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树上生长健壮的当年木质化枝条。嫩枝插穗，生长季采于生长健壮、半木质化母树上的生长健壮枝条。取枝条中、下段部，长10~35cm，至少2个节间，护好侧芽或顶芽，针叶树种插穗保留全叶，常绿阔叶树插穗顶端保留1~3个叶片[17]。下切口用斜切口，切口平滑，上切口距第一个芽留1~2cm。硬枝扦插在早春土壤刚化冻、芽未萌动时进行。行距8~15cm，株距8~15cm。插前苗床浇透水。扦插深度为插穗1/3左右。插后执行参考文献[1]。

6.3扦插苗管理

6.3.1温度。通常，扦插苗培育的适宜环境温度为22℃~28℃，低于20℃或高于33℃种苗生长受到抑制。条件具备的，可增加基质温度，促进生根。6.3.2湿度。使用自动化喷雾系统控制湿度，插后加强水分管理，扦插初期，苗床周围相对湿度80%~100%为宜，基质含水量为60%~80%，生根后逐渐降低湿度。6.3.3光照。扦插前期每天光照时长12h左右，光照强度2500lx左右，待插穗长出2~3不定芽时增加光照时间及光照强度[18]。6.3.4除草、松土。遵循除早、除小、除了原则。人工除草在湿润时连根拔除，除草剂需试验后使用。6.3.5病虫害综合防治。预防为主，综合防治；搞好环境卫生，加强温室内外环境的病虫害防治，为温室种苗提供良好的条件；出圃苗木和调进的种苗进行检疫，发现病虫害感染严重和属于检疫对象的要立即焚烧[19]；利用害虫趋光性，采用黑光灯、高压灭虫灯等消灭害虫[20]；诱杀、人工捕杀田鼠、天牛等重要为害生物；根据苗木种类及病虫害，正确选用农药品种、剂型、使用浓度、用量和施用方法，既发挥药效，又不产生药害[17]。

6.4扦插苗木分级标准

一级苗木：苗粗壮、端直，充分木质化、无徒长，叶色泽正常；主根粗壮，侧根、须根较多；顶芽饱满，冠根比值小，无病虫害和机械损伤。二级苗木：苗高正常，无徒长，叶色泽正常；根系发达；顶芽饱满，冠根比值正常，无病虫害和机械损伤。

7包装与运输

以带容器袋种苗运输为主，基质湿润，不滴水。包装标签注明树种、苗龄、等级、数量等信息。装卸过程中轻拿轻放。车上用帆布遮挡，避免风吹日晒、雨淋和二次机械损伤。8建立档案档案建立包括产地、生产、经营、科学试验等内容。详细记录苗床、栽培基质、施肥、灌溉、除草、农药施用等日常生产管理活动，建立生产经营档案，保存备查[21]。

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作者：郜文慧 黄明华 侯金波 黄玉慧 张业鸿 任杰 单位：安徽省农业科学院农业工程研究所 中徽生态环境有限公司 安徽泓森高科林业股份有限公司