SDNYGC-1-2070-2018
山区水肥一体化安装技术规程
编制人：郭洪军李红光靳慧君王胜利郝桂喜徐晓琳
所在单位：济南市土壤肥料站平阴县土壤肥料站
1.山区基地要求
（1）水源保障
基地要有溪河、湖泊、渠道、塘坝、机电井、蓄水池等灌溉水源，水量能满足作物抗旱要求，水质要符合标准。
（2）规模适度
一套水肥一体化设施适宜控制葡萄园面积13334～133340平方米。基地面积超过133340平方米，应建设多套滴灌水肥一体化系统；面积小于13334平方米，设施建设投资效益不高。
（3）地块平整
同一地块高差尽量小，地块内高差不宜超过1米，否则要进行平整。同一栽植行高差不超过30厘米。
（4）栽植平直
平地园应南北行向栽植，坡地园栽植要与等高线方向一致。避雨设施安装要规范整齐。
2.水肥一体化设备组成
（1）水源系统
溪河、渠道、湖泊、塘坝、机电井均可作为水源。
（2）首部枢纽系统
包括水泵、施肥设备、过滤器、控制阀、进排气阀、压力及流量测仪表等。其作用是从水源取水增压并将其处理成符合滴灌要求的水流送到系统中去。
（3）输配水管网系统
输配水管网的作用是将首部处理过的水,按照要求输送到灌水单元和灌水器，输配水管网包括干、支和毛管三级管道。毛管是灌溉系统的最末一级管道。
灌溉系统中输配水管网以塑料管最为常见，主管一般采用PVC或PE管进行深埋，支管选用PVC或PE进行浅埋，毛管为PE材质走明管。
（4）阀门系统
操作系统—控制阀门按照操作指令开关各个轮灌区，而操作指令是由灌溉控制器上的电磁装置或人工开关阀门来控制的。系统保护阀门有自动进排气阀、泄
水阀等。
（5）灌水器
常用灌水器有管上式滴头、滴灌管、微喷头、小管出流等。
（6）施肥系统
常用施肥系统有自压施肥系统、压差式施肥罐、文丘里施肥器、泵前施肥法、泵注肥法、组合式自动灌溉施肥系统（施肥机）。
3.山区灌溉方式
（1）滴灌
滴灌是利用安装在末级管道(称为毛管)上的滴头，或与毛管制成一体的滴灌管将压力水以水滴状湿润土壤，在灌水器流量较大时，形成连续细小水流湿润土壤。通常将毛管和灌水器放在地面，也可以把毛管和灌水器埋入地面以下30～40厘米。前者称为地表滴灌，后者称为地下滴灌。滴灌灌水器的流量为（0.5～8）L/h
①滴灌管或滴灌带。滴头与毛管制造成一整体，兼具配水和滴水功能的毛管称为滴灌管或滴灌带。
国内通常把壁厚≥0.6毫米或未通水自然状态下成圆柱型的毛管称为滴灌管，壁厚在0.6毫米以下或未通水自然状态下成带状的毛管称为滴灌带。
滴灌管适合用在不经常耕作的多年生作物中，比如果树；滴灌带适合用在一年生作物中。
②滴头。用于灌溉温室，育苗，盆栽花卉，果园和树。
滴头相对滴灌管安装较复杂、成本高，但使用寿命较长，应用灵活，适合在种植行向不规则或株距较大的作物中使用。
（2）小管出流
工作原理：在我国使用的小管出流灌溉是利用Φ4的PVC管与毛管上的稳流器连接作为灌水器，以细流状局部湿润作物附近土壤，小管灌水器的流量为2～250升/小时。对于高大果树通常在围绕树杆修一渗水小沟，以分散水流，均匀湿润果树周围土壤。
（3）微喷灌
工作原理：微喷灌是利用直接安装在毛管上，或与毛管连接的微喷头将压力水以喷洒状湿润土壤。微喷头有固定式和旋转式两种，前者喷射范围小，水滴小；后者喷射范围较大，水滴也大些，故安装的间距也大。微喷头的流量通常为20～250升/小时。
山区灌溉比较适合滴灌方式，当需要营造小气候等特殊条件下可考虑微喷灌。
4.水肥一体化施肥模式
（1）自压施肥技术
自压灌溉是一种新型的自流灌溉技术；自压灌溉是利用水源自然落差实现灌溉的一种灌溉技术，具有水源供给适应性强、不用电能和安装方便的特点，从而达到节能、节水、节肥、提高品质、增加产量、降低成本与生态环保的效果。自压灌溉技术的特点是不需要额外动力，充分利用水源自然的重力落差，通过水压恒定器实现自动恒压调节灌溉，山地不同高度的每棵作物都能获得均匀的供水量，该技术对水源没有特殊要求，通过水库、水窖、山泉等均可供水，从而达到节水、节肥、提高品质、增加产品、降低成本的效果。同时能够维持土壤固、液、气三相的最佳比例，较之于传统地面灌溉和喷灌能降低空气湿度、保持地温，提高作物的抗逆性，减少病虫害和杂草生长，防止水土流失，生态环保，高效节能，节省劳力，同时由于成本及运行费用低廉，安装、操作和维修方便，特别适合山区种植户安装使用。
在丘陵山地，通常引用高处的山泉水或将山脚水源用水泵送至高处的蓄水池。此时可在水池旁边高于水池液面处建立一个敞口式混肥池或肥料罐。
①优点。结构简单，造价低，使用年限长。当蓄水池的液位变化不大时（许多情况下一边滴灌一边抽水至水池），施肥的速度可以相当稳定，保持恒定养分浓度。
②缺点。使用具有局限性，必须具有足够的高差。施肥装置建在果园或茶园地形最高处，运送肥料稍有不便。
（2）压差式施肥罐
施肥罐也称为压差式施肥罐，由两根细管（旁通管）与主管道相连接，在主管道上两条细管接点之间设置一个节制阀（球阀或闸阀）以产生一个较小的压力差（1～2米水压），使一部分水流流入施肥罐，进水管直达罐底，水溶解罐中肥料后，肥料溶液由另一根细管进入主管道，将肥料带到作物根区。
①优点。使用简单方便，运行可靠，只需开启肥料阀门即可进行自动施肥，无须人员值守看护。
②缺点。
a.旁通施肥罐开始施肥时流出的肥料浓度高，随着施肥进行，罐中肥料越来越少，浓度越来越稀。不适合精准施肥。
b.肥料吸入情况不易观察。
c.一般罐口较小，向罐中倒肥不方便。
（3）文丘里施肥器
水流通过一个由大渐小然后由小渐大的管道时（文丘里管喉部），水流经狭窄部分时流速加大，压力下降，使前后形成压力差，当喉部有一更小管径的入口时，形成负压，将肥料溶液从敞口肥料罐通过小管径细管吸取上来。文丘里施肥器即根据这一原理制成。
①优点。文丘里施肥器可以做到按比例施肥，在灌溉过程中可以保持恒定的养分浓度。只需开启肥料阀门即可进行自动施肥，无须人员值守看护。
②缺点。压力损失大。文丘里施肥器用抗腐蚀材料制作，如铜、塑料和不锈钢。现绝大部分为塑料制造。文丘里施肥器的注入速度取决于产生负压的大小（即所损耗的压）。损耗的压力受施肥器类型和操作条件的影响，损耗量为原始压力的10％～75％。选购时要尽量购买压力损耗小的施肥器。由于制造工艺的差异，同样产品不同厂家的压力损耗值相差很大。
（4）泵前施肥法
泵前施肥法是利用离心泵将肥料溶液吸入管道系统，适合于任何面积的施肥。为防止肥料溶液倒流入水池而污染水源，可在吸水管后面安装逆止阀。通常在吸肥管的入口包上100～120目滤网（不锈钢或尼龙），防止杂质进入管道。
（5）泵注肥法
它是采用液压活塞泵式注肥器，配合肥料罐，可实现不同品种肥料的混和施加。施肥装置直接利用管道内的水压力作为动力进行活塞泵的机械运动，将肥料直接注入系统管道内。施肥器管路上安装有进/排气阀，防止输肥管路中的气体对施肥量精确度的影响。施肥泵和肥料罐材质均是工程塑料，极耐化学腐蚀。要求注入肥料溶液的压力要大于管道内水流压力。该法注肥速度容易调节，方法简单。不足是要另加动力源，且需要人照看。
（6）组合式自动灌溉施肥系统（施肥机）
能够按照用户预先编制好的灌溉施肥程序自动地准确适时适量地把肥料和养分注入灌溉管道中，并可监测电导率EC和PH。
5.灌溉施肥制度
灌溉制度是为了保证作物适时播种（或栽秧）和正常生长，通过灌溉向田间补充数量的灌溉方案。灌溉制度的内容包括灌溉定额、灌水时间、灌水次数和灌溉定额。灌水定额是一次灌水在单位面积上的灌水量，生育期各次灌水的灌水定额之和即为灌溉定额。灌水定额和灌溉定额常以立方米/公顷或毫米表示，它是灌区规划及管理的重要依据。作物水肥一体化高效灌溉制度是以最少的灌溉水量投入获取最高效益而制定的灌溉方案。灌溉制度的制定主要是每次灌水时间和灌水定额的确定，具体方法为总结群众丰产经验、进行灌溉试验、按水量平衡原理进行计算和根据作物的生理指标制定灌溉制度。
施肥制度依据肥料利用率、作物需肥规律、土壤养分状况、参考肥料对比试验、群众施肥经验来确定年周期内施用的养分总量与比例。将拟施用的养分量依据需肥规律分配至作物各个生育时期并根据土壤养分监测结果调整肥料用量。
灌溉制度与施肥制度拟合原则：以灌溉制度为主导，采用肥服从水、分阶段结合法，把作物各生育期的施肥量分配到每次灌水中。
6.墒情监测
墒情是指作物耕层土壤中含水量多寡的情况。墒指土壤的湿度；墒情指土壤湿度的情况，土壤湿度受大气、土质、植被等条件的影响，在灌溉上有参考价值。
土壤湿度是土壤的干湿程度，即土壤的实际含水量，可用土壤含水量占烘干土重的百分数表示：土壤含水量=水分重/烘干土重×100％。也可以土壤含水量相当于田间持水量的百分比，或相对于饱和水量的百分比等相对含水量表示。根据土壤的相对湿度可以知道，土壤含水的程度，还能保持多少水量，在灌溉上有参考价值。土壤湿度大小影响田间气候，土壤通气性和养分分解，是土壤微生物活动和农作物生长发育的重要条件之一。土壤湿度受大气、土质、植被等条件的影响。
（1）、土壤湿度通常分类
在野外判断土壤湿度通常用手来鉴别，一般分为四级：湿，用手挤压时水能从土壤中流出；潮，放在手上留下湿的痕迹可搓成土球或条，但无水流出；润，放在手上有凉润感觉，用手压稍留下印痕；干，放在手上无凉快感觉，粘土成为硬块。
（2）常用墒情传感器
①针式水分仪功能及特点
a.本传感器体积小巧化设计，携带方便，安装、操作及维护简单。
b.结构设计合理，不绣钢探针保证使用寿命。
c.外部以环氧树脂纯胶体封装，密封性好，可直接埋入土壤中使用，且不受腐蚀。
d.土质影响较小，应用地区广泛。
e.测量精度高，性能可靠，确保正常工作。
d.响应速度快，数据传输效率高。
（3）管式墒情监测仪技术参数
①测量功能。同位置多深度测量土壤中体积水分含量和土壤温度；
②GPRS无线通讯功能。自动上传测量数据，以GPRS方式与服务器通讯；
③自动定位功能。监测设备内置GPS定位系统，经纬度地理位置信息可通过GPRS发送到后台服务器；
④振动防盗功能。内置振动传感器，当设备发生振动、移除等外力操作时，设备立即自动发送报警短信到指定手机号；
⑤云数据服务平台。云端数据处理、备份存储；支持云智能数据传输，支持微信数据服务和服务器远程数据服务；
⑥软件平台功能。
a.数据读取、分析平台均通过网络浏览器进行查看和下载；
b.在同一界面下，实时展示设备所在地理位置、产品编号、所属单位等信息；
c.提供分析截图保存功能，以便分析数据和撰写文章时使用；
d.提供根系自动识别功能，降雨量预测，未来7天ET0数据之和；
e.提供土壤有效储水量，土壤蓄水潜力，根系深度，昨日ETC量；
f.提供净灌溉量，协助计算灌溉水有效利用系数；
g.提供实际蒸发蒸腾量ETC、参考蒸腾蒸发量ET0及作物系数Kc的曲线及柱线图；
h.提供参考蒸腾蒸发量ET0的历史及未来的预测数据。
⑦.整机一体化管式设计：要求充电电池、水分传感单元、温度传感单元、主机板、无线通讯模块等部件都设计在同一管子里，各个传感器进行一体化管式结构设计，传感器为全封闭多深度传感单元，安装储运方便，更换监测地点容易；
⑧免土样率定、免现场校准，免维护设计，15分钟完成田间安装，自动启停装置；
⑨智能抗干扰（温度波动和物理震动）；
⑩观测步长可根据用户需求自行设定，可远程调节，5～240分钟之间可任意设定；
?原始数据上传服务器，可后期校准，历史数据纠错，大数据分析和智能模式识别；
?60厘米、100厘米两种规格管式可选，其它规格可定制。仪器探头分别安装在10、20、30、40、50、60、70、80、90、100厘米处（60厘米规格分为六层，最深处为60厘米），同步测量10、20、30、40、50、60、70、80、90、100厘米（60厘米规格分为六层，最深处为60厘米）处的水分和土壤温度；
?土壤温度测量范围：-20℃～60℃，测量精度±0.5℃；
?土壤水分（体积含水率）测量范围：干土-水分饱和土，测量精度±2.5﹪；
?运行环境：-20℃～85℃；
?外壳防护等级：IP68（水下1米防水），应提供防护认证证书；
?质保期1年，1年以后维修收取零部件成本费；
?无线传输系统：支持移动、联通、电信网，无线传输，4G网络GPRS/CDMA。
?高频振荡法（FD）工作频率150Mhz，相对于针式传感器20倍的感应范围；
?具备太阳能供电系统：包括太阳能电池板、充放电控制器、充电电池组，保证采集系统的能量供给，在持续阴雨天连续工作长达60天；供电方式还包括：磷酸铁锂电池供电（+3.3VDC）或外部+12VDC供电；
?太阳能供电系统采用不锈钢轻金属支架，外形美观，耐腐蚀，抗干扰，可长期运行于各种恶劣的室外环境；
?自动监测站可远程升级软件；
?执行标准：Q/HDIST001-2012；
7.山区水肥一体化系统安装
（1）图纸报审（需提前设计施工图）
（2）提交施工组织方案
（3）开挖前准备工作
在施工前,必须先确认地下隐蔽物（电缆、其它管道等）的图纸和说明。施工放线人员放线时必须将需要注意的地下隐蔽物的位置标示出来，开挖前应对施工工人（含挖掘机）进行技术交底，在开挖过程中，危险地段必须派专人员巡查，不容有任何闪失。在放样前，现场施工负责人必须对现场状况熟悉，严禁不熟悉现场情况直接放样。
①施工单位与甲方、监理确认地形基本到位，可按照图纸标高监测几个明显地点，看与图纸标高是否相符。
②协调主管道的布线和挖沟与现有作物位置及地形之间的关系。现场地形与图纸不符时，应提前与甲方、监理一同研究确定。根据满足灌溉要求的前提，以尽量减少灌水器的数量为原则进行放样。
（4）主管土方开挖
①管沟深度，应大于当地地下冻土层。对于高坡段管沟深度要加深，使沟底尽可能平顺，沟底弯曲度小于管道自然弯曲度。对于特殊不易下挖地块需做好冬季排水或保温措施。
②管沟宽度。无论是机械还是人工挖沟，主管沟宽度不小于60厘米，支管沟宽度不小于40厘米。对于特别大的管道，管沟宽度以便于沟下管道安装为准。
③土方堆放。无论采用何种方式挖沟，对于粘土、壤土或砂土等土方堆放时，土堆坡底距管沟边缘要保证不小于20厘米的距离，并且是单边堆土；对于碎石土方堆放时，土堆坡度距管沟边缘要保证不小于30厘米的距离，尽量单边堆土。需要进行土方外运的，要在管道安装前完成。
④沟底平整。在管沟成沟时，及时进行沟底平整工作。沟度平整度要求管道放入沟内没有悬空之处，沟底土壤达到自然密实度。
注意：每天开挖的管沟量以满足第二天管道安装为标准，不得开挖过多的管沟。至少要能满足第二天半天的管道安装需要。
（5）管道连接
管材管件在运输搬运过程中，轻拿轻放，堆放整齐，管件要分明别类码放。连接管道时安装人员必须随身携带施工图纸。
①PVC管。工具，胶合剂、刷子、擦试布、锯及多个锯条、润滑剂（活套承
插）、配套管件、锹。
a.在移动或处理连接接口前应至少让其凝结/固化15分钟。
b.将管沟内部份的管道加载，防止施加水压时使管道移动或移位。
c.在使用溶剂连接后，至少4个小时内不容许放水至管道内。
d.当温度高于80F(26.7℃)度时，所有溶剂焊接接口至少让其固化24个小时后方可施压放水。
e.若空气温度跌至40F(4.5℃)度所以下，暂停所有溶剂焊接。应拆除及更换在低于40F(4.5℃)温度环境下安装的管道及配件而不可收取费用。
②PE管。工具：热熔机、发电机及电线、防水胶布、擦试布、锯及多个锯条、配套管件、锹。
③主管与支管的连接方式。当三通和变径同时使用时，原则是先大后小，先接等径三通，然后三通两侧接变径。
④管道管径过大时（Φ>90毫米），需在变径、三通、弯头等处加砌镇墩，防止内部突然压力过大时管道爆裂。
（6）控制电线铺设(需要自动控制时)
①尽可能将控制电线与主管铺设在同一管沟内。
②所有不是直接跟随灌溉主管的控制电线应安装于导管内或使用铠装电缆。铺设在硬化路面下方电线必须安装于导管内。
③所有遥控电磁控制阀的电线连接应带有认可的导线连接器。
④在每个电线连接处提供电线膨胀补偿线圈，线圈的长度须大于30厘米。
⑤控制阀与控制器之间应以一条连续的电线接连。在未获得雇主认可前不能使用电线接头。
⑥已批准接线的电线接头，应安装于一个其尺寸已获雇主认可的阀箱或阀井内。
⑦二条以上之电缆并行埋设时必须每隔10米左右以尼龙线或其它不腐蚀细绳（绑扎带）将电缆捆绑成整扎，但仅以捆住为限，不得紧绑以免损伤电线，亦不得以绝缘胶布捆绑。
控制阀门根据需求可选择球阀、闸阀及电磁阀等。阀门可安装于阀门井内或裸露在地表。
（7）安装控制阀门
注意事项，安装时电磁阀时注意阀进、出水口按顺序进行，可根据箭头安装，切勿装反；安装前一定要详细检查阀体内部是否有杂物，要清理干净，避免堵塞无法关闭。安装时一定要保证主、零件齐全（垫片、螺母等）;防水接头接入电磁阀时一定接紧拧实，多留出富裕的一段线。
（8）连接水源
为冲洗管道和压力测试提供必需水源。当采用水库、水窖、山泉水时，水源首部过滤器宜采用叠片式过滤器，或砂石过滤器+叠片式过滤器。
（9）主管压力测试
材料、设备准备，柴油打压机（手动打压机:适用于小规模工程）、管钳、水管、水桶、压力表等等。
管道试压应分区进行，可以阀区控制段为界，但分段长度不宜过长小于1000米，对中间设有附件的管段，分段长度不大于500米，试验压力各计量仪表的精度等级满足设计和规范要求。在管道三通、变径及弯头位置的混凝土镇墩必须达到设计强度，如有未施工的地方，则用采用原状土回填夯实固定，或者使用砖块、木方等进行嵌实固定。
（10）主管冲洗
冲洗时，可先关闭所有阀门，进行主管道冲洗，然后把所有管网划分成若干小区域，在逐个将阀门打开，用水冲洗管网中的杂物，冲洗水应清洁。
（11）主管土方回填
①所有管道上初始回填土应为清洁、细粒状物料，不可带有大于13毫米（1/2英寸）的杂质。
②管道只能够在阴凉时回填。天气炎热时，回填前可先以短时间运行系统以冷却管道。
③恰当地对管沟的回填压实直至其干密度与周边的原状土相等，并应回填至与周边相符的标高而不可出现突降，凹陷区域，隆起或不规则等状况。
④如有沉降发生，应将其地面恢复原貌，修复沉降区。
（12）阀后支管安装
阀后支管可地埋，也可明管铺设。
（13）毛管及滴灌灌水器安装
灌水器是滴管系统中的重要设备元件，它保证实现点滴灌水。滴头好坏直接影响滴灌质量，滴头需要的数量相当多。国内外灌水器的种类繁多，根据灌水器的结构与出流形式，灌水器通常分为滴头和滴灌管（带）两大类。对于山区灌溉，灌水器推荐采用压力补偿式滴头或压力补偿式滴灌管（带）。
滴灌管与薄壁滴灌带相比，寿命较长，价格较贵；按滴头相比，价格较低，寿命较短，但安装方便。
成年果树两侧铺设滴灌管
例：山区果树（樱桃）种植株行距（1.8～3）米×4米，建议选用压力补偿式滴灌管，滴头间距50厘米，壁厚0.6～1.2毫米，外径16毫米，流量（1.6～3.5）L/H,滴灌管设计铺设长度≤（100～170）米，工作压力1.5～3.0帕。樱桃
盛果期距果树75厘米处两侧铺设滴灌管。
（14）安装施肥装置
在丘陵山区，通常引用高处的山泉水或将山脚水源用水泵送至高处的蓄水池。此时可在水池旁边高于水池液面处建立一个敞口式混肥池或肥料罐。优点，结构简单，造价低，使用年限长。当蓄水池的液位变化不大时（许多情况下一边滴灌一边抽水至水池），施肥的速度可以相当稳定，保持一恒定养分浓度。
（15）安装自动控制装置（需要自动控制时）。