《温室水肥气热药一体化智能灌溉技术规范》

ICS01.040.65

CCSB04TB

团体标准

T/NAIA×××-××××

温室水肥气热药一体化智能灌溉技术规范

Technicalspecificationsforintelligentirrigationofgreenhouse

water,fertilizer,gas,heat,andmedicineintegration

(征求意见稿)

××××-××-××发布××××-××-××实施

宁夏化学分析测试协会发布

发布

大田水肥药一体化智能灌溉技术规范

1范围

本标准规定了温室水肥气热药一体化智能灌溉技术的控制指标以及控制标准，同时也规定了温

室水肥气热药一体化智能灌溉的控制要求与管理以及温室水肥气热药一体化智能灌溉的系统组成、

安装、选择、布置、维护及保养。

本标准适用宁夏地区温室水肥气热药一体化智能灌溉系统的建设与运行管理。

2规范引用性文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本

文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB5084—2021农田灌溉水质标准

GB/T50485—2020微灌工程技术标准

GB/T30269.901-2016信息技术传感器网络：901部分：网关：通用技术要求

GB/T2887—2011计算机场地通用规范

GB/T18691.1—2011农业灌溉设备-灌溉阀：第一部分

GB/T18691.3—2011农业灌溉设备-灌溉阀：第三部分

GB/T18691.4—2011农业灌溉设备-灌溉阀：第四部分

GB/T18691.5—2011农业灌溉设备-灌溉阀：第五部分

GB/T9386—2008计算机软件测试文档编制规范

GB/T8321.1—2000农药合理使用准则（一）

GB/T8321.2—2000农药合理使用准则（二）

GB/T8321.3—2000农药合理使用准则（三）

GB/T8321.4—2006农药合理使用准则（四）

GB/T8321.5—2006农药合理使用准则（五）

GB/T8321.6—2000农药合理使用准则（六）

GB/T8321.7—2002农药合理使用准则（七）

GB/T8321.8—2007农药合理使用准则（八）

GB/T8321.9—2009农药合理使用准则（九）

GB/T8321.10—2018农药合理使用准则（十）

GB50093—2002自动化仪表工程施工及验收规范

DB11/T1571-2018设施蔬菜土壤栽培节水灌溉施肥技术规章

NY/T3845—2021日光温室黄瓜气肥水一体化施用技术规程

NY/T3696-2020设施蔬菜水肥一体化技术规范

HG/T4365-2012水溶性肥料

自动化控制系统设计规范

国标、行表、地标

3术语和定义

3.1滴灌管(带)drippipe(driptape;driptube)

滴头与毛管制成一体，兼有输水和滴水功能的软管(带)。

3.2水泵waterpump

输送液体或使液体增压的机械。

3.3水肥气热药water,fertilizer,gas,heatanddrug

水、肥、气、热、药是植物在生长发育过程中不可缺少的因素。是指灌溉、施肥以及土壤中气

体、热度在时间、数量和方式上合理配合，达到增加作物产量和改善品质的目的。

3.4过滤器filter

安装在微灌系统中过滤水体中杂质的装置，包括网式过滤器、砂石过滤器、叠片过滤器、

离心过滤器等。

3.5首部枢纽controlhead

集中安装在微灌系统人口处的过滤器、施肥(药)装置及量测、安全和控制设备的总称。

3.6施肥(药)泵fertilizer(chemical)pump

将肥料(药)溶液注人灌水管道中的泵机组。

3.7PLCProgrammableLogicController

可编程逻辑控制器是种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种

可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，

通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

3.8网关Gateway

在网络层以上实现网络互连，是复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。

3.9气肥水一体化integratedapplicationofcarbondioxide,fertilizerandwater

将碳酸氢铵与工业磷酸化学反应产生的CO2，通过管路均匀输送到作物冠层，并将化学反应产

生的磷酸氢氨液体配以适量的水溶性钾肥，借助水肥一体化灌溉系统输送到作物根区，实现CO2气

-肥-水耦合施用的过程。

3.10水溶性肥料watershlublefertilizer

以氮、磷、钾为主的，完全溶解于水，用于滴灌施肥和喷管施肥的二元或三元肥料，可添加中

量元素和微量元素等。

3.11温室气体greenhousegas

大气层中自然存在的和由于人类活动产生的能够吸收和散发由地球表面、大气层和云层所产生

的、波长在红外光谱内的辐射的气态成分。《京都议定书》中规定了六种主要温室气体，分别为

二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、氢氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs）

和六氟化硫（SF6）。另外，三氟化氮（NF3）也是一种重要的温室气体。

注：无特别说明，本标准中的温室气体仅包括二氧化碳（CO2）、氧化亚氮（N2O）两种成分。

3.12智能控制intelligentcontrols

是具有智能信息处理、智能信息反馈和智能控制决策的控制方式，是控制理论发展的高级阶段，

主要用来解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制问题。

3.13移动终端mobileterminal

在移动通信设备中，终止来自或送至网络的无线传输，并将终端设备的能力适配到无线传输的

部分。

3.14云平台CloudComputingPlatform

基于硬件资源和软件资源的服务，提供计算、网络和存储能力。

3.15流量计flowmeter

指被测流量和（或）在选定的时间间隔内流体总量的仪表。

3.16墒情soilmoisturestatus

指作物耕层土壤中含水量多寡的情况。

3.17温湿度传感器temperatureandhumiditysensor

是一种装有湿敏和热敏元件，能够用来测量温度和湿度的传感器装置，有的带有现场显示，有

的不带有现场显示。

3.18变频器Variable-frequencyDrive

应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设

备。

4灌溉系统

温室水肥气热药一体化智能灌溉系统包括水源、动力源、施肥加气热药单元、滴灌单元、PLC

控制器和智能移动终端。通过PLC控制系统采集机组各功能部件状态、管道压力、管道流量等运行

数据，并根据运行数据控制水泵电机、阀门的运行，从而控制水源、施肥加气热药单元以及滴灌系

统，实现了自动灌溉、施肥、加气、加热、施药；同时结合气象信息、土壤墒情获得土壤的水分、

盐分、温度以及作物生长情况等信息并能对PLC控制器的整个自动化作业进行监控，最终实现泵站

机组的智能化控制。系统通过4G无线单元模块将泵站运行的实时数据上传到云平台，可通过移动

终端APP软件实现远程数据查看以及远程控制。温室水肥气热药一体化智能灌溉系统首部的整体结

构图如图1所示，灌溉系统首部设备列表如表1所示，温室环境监测及田间灌溉设备列表如表2所

示。

调节阀流量计

水泵机组水泵机组水泵机组

过滤器过滤器过滤器

搅拌机液位计

流量计

流量计流量计M

补水阀补水阀补水阀

肥料罐

图1灌溉系统工艺结构图

表1灌溉系统首部设备列表

序号设备类型设备规格/型号

水泵

1供水设备变频器

压力计

流量计

施肥罐

搅拌电机

液位计

2施肥设备

补水阀

流量计

调节阀

加气机

3加气设备

土壤含氧量传感器

加热器

4加热设备

温度传感器

5施药设备施药罐

网关

主控制器

6控制设备

PLC

Lora网关/485网关

直流电源

过滤器

7安全保护设备安全阀

逆止阀

表2温室环境监测及田间灌溉设备

序号设备类型设备规格/型号

电磁阀

1田间控制设备

电磁阀控制器

流量传感器

墒情监测传感器

光照度传感器

2温室环境监测设备

温湿度传感器

CO2含量传感器

输配水管网

3田间灌溉设备

灌水器

4.1水源

包括水窖、太阳能热水器、水箱和水井，增压泵进水端口设置在所述水窖中，增压泵出水端口

与所述太阳能热水器和水箱通过三通管相互连接，所述三通管的三个端口分别设置第一电磁阀、第

二电磁阀和第三电磁阀以分别控制太阳能热水器、水箱和水窖中水流的方向；水泵进水端口设置在

所述水井内，水泵出水端口连接所述水窖；所述水窖内设置水位传感器，所述水箱内设置温度传感

器。

水质应符合GB5084的相关要求，根据宁夏回族自治区的水质特点，灌溉水质标准中将水质要

求分为基本控制项目和选择性控制项目。其中基本控制项目包括生化需氧量（BOD5）、化学需氧

量（CODCr）、悬浮物（SS）、溶解氧（DO）、PH值、溶解性总固体、氯化物、硫化物、全盐量、

余氯、石油类、挥发酚、阴离子表面活性剂（LAS）、粪大肠杆菌、蛔虫卵数、汞、镉、砷、铬（六

价）、铅等；选择性控制项目包括铍、钴、铜、氟化物、铁、锰、钼、镍、硒、锌、硼、钒、氰化

物、三氯乙醛、丙烯醛、甲醛、苯等。基本控制项目为必测项目，应符合表3的规定。

表3温室灌溉水质基本控制项目限值

序号基本控制项目限制

1生化需氧量（BOD5）（mg/L）40（15）

2化学需氧量（CODCr）（mg/L）100（60）

3悬浮物（SS）（mg/L）60（15）

4溶解氧（DO）（mg/L）（≥）0.5

5PH值（无量纲）5.5~8.5

6溶解性总固体（mg/L）1000

7氯化物（mg/L）350

8硫化物（mg/L）1.0

9全盐量（mg/L）1000（非盐碱地区），2000（盐碱地区）

10余氯（mg/L）1.0

11石油类（mg/L）1.0

12挥发酚（mg/L）1.0

13阴离子表面活性剂（LAS）（mg/L）5.0

14汞（mg/L）0.001

15镉（mg/L）0.01

16砷（mg/L）0.05

17铬（六价）（mg/L）0.1

18铅（mg/L）0.2

19粪大肠杆菌（个/L）20000（10000）

20蛔虫卵数（个/L）2（1）

选择控制项目由地方生态环境主管部门会同农业农村、水利等主管部门根据农田灌溉用水类型

和作物种类要求选择执行，应符合表4的规定。

表4温室灌溉水质选择控制项目限值

序号选择控制项目限制

1铍（mg/L）0.002

2钴（mg/L）1.0

3铜（mg/L）1.0

4氟化物（mg/L）2.0

5铁（mg/L））1.5

6锰（mg/L）0.3

7钼（mg/L）0.5

8镍（mg/L）0.1

9硒（mg/L）0.02

10锌（mg/L）2.0

11硼（mg/L）1.0

12钒（mg/L）0.1

13氰化物（mg/L）0.5

14三氯乙醛（mg/L）0.5

15丙烯醛（mg/L）0.5

16甲醛（mg/L）1.0

17苯（mg/L）2.5

18甲苯（mg/L）0.7

19二甲苯（mg/L）0.5

20异丙苯（mg/L）0.25

21苯胺（mg/L）0.5

22氯苯（mg/L）0.3

231,2-二氯苯1.0

241,4-二氯苯0.4

25硝基苯2.0

4.2首部枢纽

首部枢纽应包括供水设备、施肥设备、加气设备、加热设备、施药设备、控制设备和安全保护

设备等。

4.2.1供水设备

供水设备包括水泵（离心泵、潜水泵），动力机（柴油机、电动机），变频器、压力计、流量

计等。

1.选用的动力机需要与水泵的功率相等或稍大于水泵的功率。如为机泵一体机，则需注意水泵

与动力机的转速、功率一致。

2.水源设计水位（最低水位）与水泵安装高差＜8m，选择离心泵，高差≥8m，则选用潜水泵。

3.选择离心泵时，离心泵扬程可通过公式（1）计算确定：

H离=h出+ΔZ+f进

式中：

H离——使用离心泵的系统总扬程，m；

h出——水泵出口所需最大扬程，m；

ΔZ——水泵出口轴心高程与水源水位平均高程之差，m；

f进——进水管水头损失，m。

4.选择潜水泵时，潜水泵扬程可通过公式（2）计算确定：

H潜=h1+h2+h3

式中：

H潜——使用潜水泵的系统总扬程，m；

h1——井口所需最大扬程，m；

h2——井下管路水头损失，m；

h3——井的动水位到井口的高程差，m。

4.2.2施肥设备

施肥设备包括施肥罐、搅拌电机、液位计、补水阀、流量计、调节阀等。

施肥罐有压差式施肥罐、文丘里施肥器、比例施肥泵、注肥泵等。施肥设备安装位置可以选择

在井房或设施内，施肥设备安装在井房时应在过滤设备之前，在设施内时应配置过滤器。

规模化连栋温室宜选用施肥机或注肥泵。日光温室宜选用施肥机或比例施肥泵。塑料大棚宜选

用文丘里施肥器或注肥泵。中小拱棚宜选用文丘里施肥器或比例施肥泵。

1.施肥量标准

灌溉施肥量具体要求入表5。

表5灌溉施肥量

茬口项目生育时期定植苗期开花期结瓜期

灌水次数（次）11~21~212~15

灌溉

灌水量（m3/亩/次）20~256~106~108~12

春茬施肥次数（次）—1~21~212~15

施肥施肥量（kg/亩/次）—2~52~52~6

N:P2O5:K2O—1.2:0.7:1.11.1:0.5:1.41.0:0.3:1.7

注：施肥量为纯养分量

2.肥料选择

水溶性好的固体肥或高浓度的液体肥，如尿素、磷酸二氢钾、硝酸钾、硝酸铵、氰化钾等，或

者水溶性专用复合肥。

3.施肥方案

定植后及时浇一次透水，一般灌水20-30m3/667m2。根据墒情，苗期每5-7天滴灌一次，每次灌

水5-8m3/667m2,果实膨大以后每7-10天滴灌一次，每次灌水8-10m3/667m2。

4.施肥操作

（1）肥料进入系统前，应搅拌至完全溶解，必要时应先行过滤。

（2）根据灌溉面积，调节变频系统及球阀，应使设施首部处的压力维持在灌水器额定工作压

力。

（3）施肥前和施肥后应分别灌水10min~20min。

（4）采用压差式施肥方法，应拧紧罐盖，打开罐的进水阀和出水阀，调节压差保持正常施肥

速度；采用文丘里施肥方法，应将事先溶解好的肥液倒入敞开的容器中，将带有过滤网的吸头放入

肥液中（不应放在底部），调节阀门使吸管均匀稳定地吸取肥液；采用自动施肥机，应预先设定好

肥液的配方、EC值、pH值、灌溉施肥的起始时间、持续时间等技术参数。

4.2.3加气设备

加气设备包括加气机和土壤含氧量传感器。

1.温室土壤含氧量标准

2.CO2施用

（1）使用方法与原料用量

每667m2温室使用2个专用的密闭电加热容器。每个电加热容器放入1.5kg碳酸氢铵，接通

电源，使温度稳定存80°C~100°C。产生的气体先经稀释2倍的工业稀磷酸过滤，再经清水过

滤后，使温室内CO2浓度升高至800uL/L~1000uL/L，维持1h~2h。

栽种植前，对土壤进行30cm深翻，减小容重，增大通气量，从而提高灌溉水溶解氧。

（2）施用时间

晴天上午日光温室内CO2浓度下降到400uL/L后开始施用。

（3）施用频率

视天气状况和经济性，冬春季连续晴天时可每天施用或隔天施用。

4.2.4加热设备

加热设备包括加热器和温度传感器。

对深翻后的土壤进行覆膜种植，提高土壤温度，减少土壤水分蒸发，覆膜宽度为垄宽两侧各增

加10cm，覆膜宽度为80cm。

4.2.5施药设备

施药设备有施药罐。

施药标准按现行国家标准《农药合理使用准则》GB/T8321.1-8321.10的规定执行。

4.2.6控制设备

控制设备应包括网关、PLC、主控制器、直流电源等。

网关标准按现行国家标准GB/T30269.901-2016《信息技术-传感器网络》中901部分：网关：

通用技术要求。

PLC标准按现行《自动化控制系统设计规范》执行。

4.2.7安全保护设备

安全保护设备应包括过滤器、安全阀、逆止阀等。

过滤设备：离心式过滤器、砂介质过滤器、网式过滤器、叠片式过滤器。

主要作用是清除水源中的有机物和无机物等杂质，使滴灌管道不被堵塞，保证系统正常运行。

在使用井水或泉水作为水源时，也必须设置过滤器，如果泥沙含量较多，即使采用排污压差调控的

自清洗过滤器，也要配套修建沉淀池。过滤器的选型见表6。

表6过滤器的选型

水质状况过滤器类型及组合方式

含量＜10mg/L

筛网过滤器（叠片过滤器）或砂过滤器+筛网过滤器（叠片过滤器）

粒径＜80µm

含量10mg/L～100mg/L旋流水砂分离器+筛网过滤器（叠片过滤器）或旋流水砂分离器+

无机物粒径80µm～500µm砂过滤器+筛网过滤器（叠片过滤器）

含量＞100mg/L沉淀池+筛网过滤器（叠片过滤器）或沉淀池+砂过滤器+筛网过滤

器（叠片过滤器）

粒径＞500µm

＜10mg/L砂过滤器+筛网过滤器（叠片过滤器）

有机物

＞10mg/L拦污栅+砂过滤器+筛网过滤器（叠片过滤器）

4.3温室环境监测及田间灌溉设备

4.3.1田间控制设备

田间控制设备包括电磁阀、电磁阀控制器和流量传感器等。

这些阀门按现行国家标准《农业灌溉设备》GB/T18691.1-18691.5的规定执行。

4.3.2温室环境监测设备

温室环境监测设备包括墒情监测传感器、光照度传感器、温湿度传感器等。

4.3.3田间灌溉设备

1.输配水管网

输配水管网应包括干管、支管和毛管等三级管道。干管用聚氯乙烯（PVC）管，支管和毛管用

聚乙烯（PE）管。

管网布置应综合考虑地形、植物、用户类型、控制方式、管理维护等因素，通过方案比较确

定。管道应避免穿越障碍物，避开地下电力、通信等设施。输配水管道宜沿地势较高位置布置；

支管宜垂直于植物种植行向布置，毛管宜顺植物种植行向布置。对于地形复杂或规模较大的管网，

应根据地形、灌溉方式、压力要求、运行管理等进行压力分区。

2.灌水器

常用灌水器应有滴灌管、滴灌带、微喷带和滴箭等节水灌溉设施。

（1）滴头：长流道型滴头、压力补偿式滴头

（2）滴灌带（带）：内镶式滴灌管、薄壁滴灌带

滴灌管网布置：滴灌系统的输配水管网的主管系统选用1MPa的U-PVC管或PE管，要求管道

同一截面的壁厚偏差≤14%，管径40mm～200mm的管道挠曲度≤1%，外观质量要求为管道内、外

壁光滑平整，无裂口、气泡、波纹及凹陷；支管系统选用ϕ63mm或ϕ40mm承压0.4MPa的PE

管；毛管可选用ϕ16mm的内镶贴片式滴灌，滴头间距0.15m，滴头流量2L/h。

5软件设计

5.1软件系统运行环境要求

5.1.1外设配置

外设配置应根据灌溉系统规模和业务量来决定，应满足系统共享、兼容和高效使用的要求，具

有通用性，易于升级。

计算机机房场地应满足GB/T2887的要求。

5.1.2软件和网络环境

应采用与所选上位机硬件平台兼容和适应性良好的操作系统软件。

网络运行环境应满足操作系统和数据库的要求。

5.2软件性能要求

5.2.1可靠性

运行稳定，准确完成系统测控任务，并具有容错能力。

5.2.2易用性

提供联机帮助，软件中各子系统用户界面风格一致，软件易学易用。

5.2.3集成性

有开放式体系结构，与其他通用应用软件及专业应用软件之间应实现集成。

5.2.4可扩展性

结构具有可扩展性，应满足灌溉业务扩展需要，可进行二次开发。

5.3软硬件接口的技术要求

给出与外界的所有接口的安排和关系，包括软件与硬件之间的接口、本软件与各支持软件之间

的接口。

5.4用户界面

根据用户的需求提供差异化的用户界面和视图，屏蔽对用户无用的信息或用户无权限使用的功

能。

在各种显示模式下均有主菜单显示，主菜单包括系统设置、无线单元模块、温室环境信息、土

壤墒情、报警设置、用户管理设置、实时数据查询、历史数据查询、报表生成功能等。

系统应支持异步信息传递，提供消息通知功能，并能管理新信息和历史信息。

5.4.1系统设置

设置系统的设备参数信息，包括型号、功能等。

5.4.2无线单元模块

将泵站运行的实时数据上传到云平台，可通过移动终端APP软件实现远程数据查看以及远程控

制。

5.4.3温室环境监测

监测温室内环境温度、环境湿度、地温(包括地表温度、浅层地温、深层地温)、土壤湿度等。

5.4.4土壤墒情监测

监测温室内土壤的湿度变化情况。

5.4.5报警限值设置

根据灌溉流量数据(比如温度、湿度、水分、气体浓度等)，设置正常值与异常值之间界限值，

超出此限值，系统给出报警指示，引起注意。

5.4.6用户管理设置

软件应通过登录名和登陆密码对用户进行管理。设置用户访问数据的权限(包括可访问和不可访

问)和访问数据的方式(包括可写和只读)等。软件还应具有添加用户、更改用户和删除用户等功能。

5.4.7实时数据查询

具有查询温室水肥气热药实时数据的功能，例如CO2浓度、土壤墒情、灌溉流量以及肥料、农

药实时使用量等。具备以表格与图形等方式显示灌溉数据的功能。

5.4.8历史数据查询

具有查询温室水肥气热药历史数据的功能，例如CO2浓度、土壤墒情、气象信息、灌溉流量以

及肥料、农药累计使用量等。具备以表格与图形等方式显示灌溉数据的功能。

5.4.9报表生成

具有生成检测数据报表的功能。

5.5系统维护功能

5.5.1数据库维护

具备数据库数据维护能力，如历史数据库的备份和还原、实时数据库的删除等。

5.5.2故障诊断

具备自行诊断故障的功能。

5.5.3日志生成

具备将每天运行状况生成日志的功能。

5.5.4系统扩展功能

具备进一步扩充项目的其他功能，比如增加视频、音频等功能。

5.6软件测试

根据开发过程和实际需求将软件测试阶段划分为：设计阶段、代码检测单元测试阶段、集成测

试阶段、系统测试阶段、验收测试阶段、回归测试(复测)阶段。各阶段中使用的测试方法应严格遵

照GB/T9386执行。

5.7软件升级

具备升级功能。在一定周期内，针对使用过程中的问题，编制升级补丁或升级包，对软件系统

进行功能修正或完善。

6施工规范

6.1一般规定

6.1.1施工前应检查图纸、文件等是否齐全，并核对设计是否与温室地形、水源、植物种植及首部

枢纽位置等相符。修改设计或更换材料、设备，应遵守相关变更程序。

6.1.2施工前应进行施工组织设计，经批准后实施。

6.1.3灌溉工程设备安装，应具备下列条件：

1.安装前施工作业人员已了解各种设备的安装要求，熟练掌握安装技术和方法；

2.安装用工具、设备和测试仪表齐全；

3.安装设备的有关土建工程经检验合格。

6.1.4安装前，应完成下列工作：

1.按设计文件要求，全面核对设备规格、型号、数量与合格证；

2.抽检待安装的灌水器、管材和管件等设备，严禁使用不合格产品。

6.1.5在施工过程中应做好施工记录，对隐蔽工程应组织隐蔽工程验收，经验收合格后进人下道工

序。

6.1.6施工中应注意排水、保护环境，并做好弃土、弃渣处理。

6.1.7出现工程事故应查明原因，并及时处理。

6.1.8全部工程施工完毕应及时绘制竣工图，编写竣工报告。

6.1.9施工暂停时，应采取下列保护措施：

1.待安装的机泵、阀门、仪表等设备应集中保管，严禁曝晒、雨淋