本专利申请属于农用肥料特别是水稻肥料技术领域，更具体地说，是涉及一种适用于降低水稻糙米镉污染的肥料及制备方法和使用。
背景技术：
如业界所知，镉是一种重金属元素，与氧、氯、硫等化学元素形成无机化合物分布于自然界中。随着现代工业的快速发展，工业“三废”带来的污染越来越严重，给农田水稻带来了镉的污染，同时农业本身农药化肥的使用，尤其是磷肥的使用(磷肥、复合肥镉含量高)也直接污染了土壤。据2007年广东韶关市所做的土壤抽样调查结果显示：韶关市土壤重金属超标率为22.77％，其中镉超标30倍；湖南长沙、湘潭和株州等地区土壤镉含量平均在9.7mg/kg以上(国标提出土壤镉含量负值为3mg/kg)，最高值超29倍；贵州赫章、江西大余、浙江温州、沈阳张士灌区等镉污染区，水稻镉污染严重超标。2013年湖南省“镉米”事件引起全国关注。随着2014年农业部、财政部关于《湖南重金属污染耕地修复及农作物种植结构调整试点意见》出台，标志着全国重金属污染处理，水稻降镉工作正式展开。
重金属污染一般指铅、汞、镉、铬的对土壤农作物的污染。镉是其中之一，由于镉的生物毒性强，化学毒性也最强，因而是所有有毒金属量元素中对人类健康危害最大的一种。
镉被植物根系吸收后较其它金属更易向植物体及其它部位转移，与植物细胞质膜等膜上蛋白结合，改变其构型，直接影响膜上蛋白的活性，从而对植物产生很强的毒性。镉强烈抑制植株和细胞的生长，当植物组织中镉浓度达到1umol/l时，便会对植物细胞质膜透性，和水分代谢、光合作用、呼吸作用、碳水化合物代谢氮素代谢、核酸代谢、酶活性等生理生化过程及土壤微生物等造成伤害，影响植物生长。
镉通过食物链传递摄入人体内对健康危害极大，如对肾、肺、肝、睾丸、脑、骨骼及血液系统均可产生毒性，被美国毒物管理委员会列为第六位危及人体健康的有毒物质。
由于镉离子的迁移性很强，现有的肥料降镉效果单一且不显著，无法形成双管齐下的效果，对于开发专属于水稻的肥料也不具有技术上的可借鉴，因此需要研制一种更高效的降镉肥料，以满足生产要求。
技术实现要素：
本发明需要解决的技术问题是提供一种适用于水稻的肥料及制备方法和使用，该肥料有助于使水稻上部的茎叶、土壤内的根部同时起到对镉的阻控作用，从而实现理想的糙米降镉效果，同时兼顾水稻生产必须的营养元素与阻镉效果，避免顾此失彼，进而显著提高水稻产量、提高大米中对人体有益的微量元素，提高大米附加值，
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：
一种适用于水稻的肥料及制备方法，包括叶面喷施剂和土壤改良剂两部分，叶面喷施剂包括如下重量份的原料：二氧化硅200-230份、硝酸钾60-80份、硝酸钙8-15份、硒2-3份、添加元素＜2份、植物生长调节剂1-2份、抑菌剂＜0.1份、水1000份；
土壤改良剂包括如下重量份的原料：富钾岩石60-100份、生石灰30-50份、糖醇溶液150-300份、尿素3-4份、磷酸二铵4-5份、微量元素0.5-1.5份、禽畜粪便30-50份、农作物秸秆20-40份、腐植酸(上海通微生产的腐植酸或黄腐酸)10-30份、生物菌0.5-1.5份、杀菌剂＜0.1份。
本发明技术方案的进一步改进在于：叶面喷施剂中，二氧化硅为水溶性二氧化硅；硒为水溶性有机硒；添加元素为镁、锰、锌、铁和硼的任意一种或多种的组合；植物生长调节剂为混合调节剂或芸苔素；抑菌剂为多菌灵；
土壤改良剂中，糖醇溶液为木糖醇、山梨糖醇溶液、麦芽糖醇溶液、甘露糖醇、柠檬酸盐糖醇溶液的一种或多种，糖醇溶液浓度为10-500g/l；微量元素为钼、铁、锰的一种或多种；禽畜粪便为猪粪、牛粪、鸡粪或鸭粪；农作物秸秆为：稻草、烟秆、麦秆或玉米秆；生物菌为固氮菌、解磷菌、解钾菌、芽孢杆菌、放线菌5406、酵母菌中的一种或多种；杀菌剂为咪鲜胺或恶霉灵。
本发明技术方案的进一步改进在于：混合调节剂包括如下重量份的原料：氧化镁或硫酸镁1份、尿囊素0.1-0.6份、氧化锌或硫酸锌0.5-0.8份、硼砂0.3-0.5份、氧化锰或硫酸锰0.3-0.5份、钼酸铵0.001-0.002份，混合调节剂的各原料均过60-140目筛。
一种适用于水稻的肥料的制备方法，叶面喷施剂的制备过程为：取一搅拌装置，在搅拌装置中依次加入各原料并搅拌均匀，并控制搅拌时间和搅拌速度，最后放料灌装，得到叶面喷施剂；
土壤改良剂的制备过程为：
s1、将生石灰研磨至200目以下，按照份数比例与糖醇溶液充分搅拌混合，得到混合物料；
s2、将混合物料进行多次微波反应，直至混合物料全部溶解；
s3、将全部溶解的混合物料，连同准备好的富钾岩石一起转移至高压反应釜中，通入高压蒸气，在高温高压下反应数小时，即可完成水热化学反应，得到半湿状态的矿物肥料；
s4、对半湿状态的矿物肥料进行烘干，得到钾硅钙微孔矿物，备用；
s5、将农作物秸秆粉碎，与备用的禽畜粪便、腐植酸、生物菌混合，发酵腐熟成生物有机配方，备用；
s6、将备用的尿素、磷酸二铵和微量元素按份数配比破碎混合成无机优化配方，备用；
s7、将钾硅钙微孔矿物、生物有机配方和无机优化配方进行粉碎并混合均匀，然后加入杀菌剂，经高速离心干燥调湿，得到初混料，备用；
s8、将初混料烘干、粉碎后经离心干燥、筛分、造粒、装袋即可发往各地销售使用。
本发明技术方案的进一步改进在于：叶面喷施剂的搅拌时间控制为30-50min，搅拌速度为5-15rpm，搅拌装置为搅拌罐；
s2中的微波次数为两次，微波条件为：第一次微波反应中，微波频率为3ghz-300ghz，温度为50-95℃，反应时间0.5-4小时；第二次微波反应中，微波频率为3ghz-300ghz，温度为60-70℃，反应时间为0.5-2小时；
s3中的高温高压下反应数小时是指，在190℃-200℃、11-13个大气压下静态恒温反应10-12小时；
s5中的发酵包括堆放发酵和静态发酵：
s51堆放发酵：将粉碎的农作物秸秆与备用的禽畜粪便、腐植酸混合，再加入生物菌，混合后按照高：宽：长＝1：1：1.5-1：2：4要求堆放，每天测温一次，当堆温升至45-55℃时开始机械翻堆，2-3天翻一次，升至60℃时每天翻一次堆，发酵9-10天后装入静态发酵包进行静态发酵；
s52静态发酵：静态发酵时用0.5-1m3的带孔静态发酵包装好发酵料，放在垫仓板上，进行不翻堆发酵；发酵至温度开始下降后，检测水分，当水分≤20％时终止静态发酵；
s7中，高速离心干燥调湿的蒸发能力为4.6～124.8kg/h，转速大于3000转/秒；
s8中，初混料采用基质复合圆盘机造粒。
一种适用于水稻的肥料的使用方法，
叶面喷施剂的使用方法为：使用时将叶面喷施剂用水稀释1000～2000倍并搅拌均匀得到喷洒液，再用喷洒液对水稻叶面分阶段喷洒，叶面分阶段喷洒过程为：于水稻分蘖期将喷洒液按300～500g/亩的量均匀喷洒于水稻叶面，一周后以200～400g/亩的的量喷洒一次；于水稻孕穗期将喷洒液按500～800g/亩的量均匀喷洒于水稻叶面，一周后以同样的量喷洒一次；于水稻灌浆成熟期将喷洒液按400～700g/亩的量均匀喷洒于水稻叶面，一周后以同样的量喷洒一次；
土壤改良剂的使用方法为：在水稻播种前和抽穗期各使用一次，每次用量为700-1300kg/hm2(公顷)。
本发明技术方案的进一步改进在于：叶面喷施剂在喷洒时避开阳光直射猛烈的时间段以及水稻叶片带水的时间段，喷洒时间优选为上午9点以前或下午4点以后，喷洒液滴大小调节在80微米；土壤改良剂的两次总用量为1800～2200kg/hm2(公顷)。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的有益效果是：
降镉的综合措施不外乎减少来源、降低镉的总量和活性。本发明从降低镉的总量和活性的角度着手，施用土壤改良剂能提高土壤肥力，改善土壤结构，减少毛细管水运动的速度和水分的无效蒸发，有明显的抑制返盐效果，同时通过专门配比的叶面肥，双管齐下，有效将镉。
就镉对水稻的污染而言，在水稻植株的不同部位镉的含量不一样，由大到小的次序排列为：根部—茎叶—糙米，所以对水稻降镉及其它重金属的控制，重点是对土壤重金属的治理，通过追施有机物肥料，施用生石灰、氮肥和镁肥等碱性肥料，一方面可提高土壤ph值，另一方面能增加硅酸根等离子和镉等重金属离子产生氧化还原反应，使之沉淀固化，同时增加生物肥料，生物炭肥料，腐植酸、氨基酸等肥料，通过吸咐等作用，降低重金属离子被植物吸收。通过根部的阻控，一般可降低80％镉等重金属离子进入植物上部。
由于镉的生物迁移性很强，经根部治理，仍有部分镉离子进入土壤上部的植株体内，所以，必须使用叶面喷施剂，达到水稻糙米降镉的目的，使用叶面阻控剂是糙米降镉的最重要方法之一，也是效果最好的措施之一。通过使用叶面喷施剂，糙米降镉在25％-50％，一般在30％以上，糙米的安全性基本上能回规到国家标准之内。
试验表明，土壤中有机质含量的高低，对镉的活性有显著影响。土壤改良剂中的有机肥形成的缓冲液，可降低土壤酸化程度，提高土壤ph值，降低镉的活性；有机质对镉离子的螯合作用，也可降低稻株对镉的吸收。因此，增加有机肥施用量，是改良土壤、降低稻米镉含量的有效方法。同时施用生石灰可以迅速提高土壤ph值，使活性镉离子钝化，降低了土壤有效态镉含量。减少稻株对镉的吸收。
本发明的叶面喷施剂的微肥(镁、锰、锌、铁和硼)降镉原理：作物对镉和镁、锰、锌、铁和硼等矿质元素的吸收存在部分共同的途径。当土壤中某种重金属含量较高、对土壤污染较为严重时，可利用另一种对作物危害较轻、且浓度低时对作物生长有利的微量元素拮抗它。在以往的研究中已经有越来越多的证据显示镉与铁之间存在着交互作用，增施铁肥能显著降低水稻植株和稻米中的镉含量和积累量。锰可有效控制稻米的镉积累也已早有报道。由于镉和锌通常是伴随而生的，是同周期元素，具有相似的化学性质和地球化学行为，因而锌具有拮抗镉被植物吸收的特性。硅抑制镉的毒害作用是由于硅能显著增加土壤对镉的吸附量，同时硅能抑制镉进入水稻植株，使其在水稻根、叶片、叶鞘的分布及积累减少，同时硅抑制镉对水稻植株生理生化代谢的毒害。因此，在镉污染水稻土上使用微肥(铁、锌、锰、氮肥等)，是降低水稻镉毒害及稻米含量的有效措施之一。
由于在叶面喷施剂配方中引入了微量元素硒，又由于硒具有诸如抗癌、抗氧化、抗有害重金属、调节维生素a、c和e的吸收、有助于合成蛋白质以及增强生殖功能之类的作用，因而有利于人体的延年益寿并且还可显著提高稻米的附加值；之四，由于提供的制备方法工艺简练并且工艺要素不苛刻，因而能满足工业化放大生产要求；之五，提供的使用方法十分方便并且效率高，能保障液面阻控的所述技术效果得以体现。
叶面喷施剂使水稻富硒的同时，确保水稻中镉不超标，达到富硒降镉双重效果。该技术具有重要的生态价值、社会价值和经济价值，对重金属污染地区粮食等作物正常生产、作物中重金属含量不超标具有重要的意义，也是治理重金属污染的重大创新与探索。
土壤改良剂的有机质降镉原理：向镉污染的土壤中施入有机质，一方面能提高土壤肥力，改良土壤性状，另一方面又可较好地减轻镉的生物有效性。由于有机质中大量官能团的存在和具有较大的比表面积，可促进土壤中镉离子与其形成镉有机络合物，增加土壤对镉的吸附能力，提高土壤对镉的缓冲性，从而减少水稻对其吸收，阻碍其进入食物链。因此，在镉污染土壤中施加有机质是一种十分有效的治理方法。
由于配方中的主成分为富钾岩石和生石灰，富含硅、钾和钙，当水稻吸收上述元素后便产生生理作用，结合成的硅酸根离子与镉离子发生反应而形成不易被植物吸收的硅酸化合物沉淀，可有效地抑制镉离子的迁移，同时钙离子能产生颉抗作用，从而使水稻上部的茎叶以及位于土壤内的根部同时起到对镉的阻控作用，保障理想的糙米降镉效果；同时由于硅、钙以及添加元素都是水稻及其它农作物必须的营养元素，因而能体现阻镉与植物吸收营养兼顾的双重作用并且能使水稻每亩增产6％以上。
丰富的有机质可以改善土壤物理、化学和生物特性，熟化土壤，培肥地力。本发明所制的肥料满足水稻在生长过程所需的养分，不需要在额外施用含镉元素的化肥，避免在施肥过程中镉含量超标总之，
钾硅钙微孔矿物肥可以显著提高水稻穗总粒数、穗实粒数和结实率，提高水稻产量，增产率达到7.5％～16.0％；增加土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量，提高土壤ph值，降低土壤有效cd含量，从而降低稻谷cd的积累，最大降低稻谷cd含量达到38.6％。钾硅钙微孔矿物肥要达到降阻水稻重金属cd的最佳效果，施用量不能低于1425kg/hm2)。
含有的芸苔素又叫芸苔素内酯，是一种新型植物内源激素，是公认的高效、广谱、无毒植物生长调节剂，渗透强、内吸快，在很低浓度下，即能显著地增加植物的营养体生长和促进受精作用。能有效增加叶绿素含量，提高光合作用效率，促根壮苗、保花保果；提高作物的抗寒、抗旱、抗盐碱等抗逆性，显著减少病害的发生；并能显著缓解药害的发生，使作物快速恢复生长，并能消除病斑。
本发明的原料组分相互补偿、采用合适的碳氮比，养分丰富全面，满足水稻生长要求。生产简便，使用方便，不影响稻田正常生产能力，降镉效果明显，提高稻米食品质量安全，能有效改善土壤性质，达到增产、增效、环保的多重目的。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明公开了一种适用于水稻的肥料，包括叶面喷施剂和土壤改良剂两部分，叶面喷施剂包括如下重量份的原料：二氧化硅200-230份、硝酸钾60-80份、硝酸钙8-15份、硒2-3份、添加元素＜2份、植物生长调节剂1-2份、抑菌剂＜0.1份、水1000份；
土壤改良剂包括如下重量份的原料：富钾岩石60-100份、生石灰30-50份、糖醇溶液150-300份、尿素3-4份、磷酸二铵4-5份、微量元素0.5-1.5份、禽畜粪便30-50份、农作物秸秆20-40份、腐植酸(上海通微生产的腐植酸或黄腐酸)10-30份、生物菌0.5-1.5份、杀菌剂＜0.1份。
叶面喷施剂中，二氧化硅为水溶性二氧化硅；硒为水溶性有机硒；添加元素为镁、锰、锌、铁和硼的任意一种或多种的组合；植物生长调节剂为混合调节剂或芸苔素；抑菌剂为多菌灵；
土壤改良剂中，糖醇溶液为木糖醇、山梨糖醇溶液、麦芽糖醇溶液、甘露糖醇、柠檬酸盐糖醇溶液的一种或多种，糖醇溶液浓度为10-500g/l；微量元素为钼、铁、锰的一种或多种；禽畜粪便为猪粪、牛粪、鸡粪或鸭粪；农作物秸秆为：稻草、烟秆、麦秆或玉米秆；生物菌为固氮菌、解磷菌、解钾菌、芽孢杆菌、放线菌5406、酵母菌中的一种或多种；杀菌剂为咪鲜胺或恶霉灵。
混合调节剂包括如下重量份的原料：氧化镁或硫酸镁1份、尿囊素0.1-0.6份、氧化锌或硫酸锌0.5-0.8份、硼砂0.3-0.5份、氧化锰或硫酸锰0.3-0.5份、钼酸铵0.001-0.002份，混合调节剂的各原料均过60-140目筛。
叶面喷施剂的制备过程为：取一搅拌装置，在搅拌装置中依次加入各原料并搅拌均匀，并控制搅拌时间和搅拌速度，最后放料灌装，得到叶面喷施剂；
土壤改良剂的制备过程为：
s1、将生石灰研磨至200目以下，按照份数比例与糖醇溶液充分搅拌混合，得到混合物料；
s2、将混合物料进行多次微波反应，直至混合物料全部溶解；
s3、将全部溶解的混合物料，连同准备好的富钾岩石一起转移至高压反应釜中，通入高压蒸气，在高温高压下反应数小时，即可完成水热化学反应，得到半湿状态的矿物肥料；
s4、对半湿状态的矿物肥料进行烘干，得到钾硅钙微孔矿物，备用；
s5、将农作物秸秆粉碎，与备用的禽畜粪便、腐植酸、生物菌混合，发酵腐熟成生物有机配方，备用；
s6、将备用的尿素、磷酸二铵和微量元素按份数配比破碎混合成无机优化配方，备用；
s7、将钾硅钙微孔矿物、生物有机配方和无机优化配方进行粉碎并混合均匀，然后加入杀菌剂，经高速离心干燥调湿，得到初混料，备用；
s8、将初混料烘干、粉碎后经离心干燥、筛分、造粒、装袋即可发往各地销售使用。
制备方法中，叶面喷施剂的搅拌时间控制为30-50min，搅拌速度为5-15rpm，搅拌装置为搅拌罐；
s2中的微波次数为两次，微波条件为：第一次微波反应中，微波频率为3ghz-300ghz，温度为50-95℃，反应时间0.5-4小时；第二次微波反应中，微波频率为3ghz-300ghz，温度为60-70℃，反应时间为0.5-2小时；
s3中的高温高压下反应数小时是指，在190℃-200℃、11-13个大气压下静态恒温反应10-12小时；
s5中的发酵包括堆放发酵和静态发酵：
s51堆放发酵：将粉碎的农作物秸秆与备用的禽畜粪便、腐植酸混合，再加入生物菌，混合后按照高：宽：长＝1：1：1.5-1：2：4要求堆放，每天测温一次，当堆温升至45-55℃时开始机械翻堆，2-3天翻一次，升至60℃时每天翻一次堆，发酵9-10天后装入静态发酵包进行静态发酵；
s52静态发酵：静态发酵时用0.5-1m3的带孔静态发酵包装好发酵料，放在垫仓板上，进行不翻堆发酵；发酵至温度开始下降后，检测水分，当水分≤20％时终止静态发酵；
s7中，高速离心干燥调湿的蒸发能力为4.6～124.8kg/h，转速大于3000转/秒；
s8中，初混料采用基质复合圆盘机造粒。
使用方法方面，叶面喷施剂的使用方法为：使用时将叶面喷施剂用水稀释1000～2000倍并搅拌均匀得到喷洒液，再用喷洒液对水稻叶面分阶段喷洒，叶面分阶段喷洒过程为：于水稻分蘖期将喷洒液按300～500g/亩的量均匀喷洒于水稻叶面，一周后以200～400g/亩的的量喷洒一次；于水稻孕穗期将喷洒液按500～800g/亩的量均匀喷洒于水稻叶面，一周后以同样的量喷洒一次；于水稻灌浆成熟期将喷洒液按400～700g/亩的量均匀喷洒于水稻叶面，一周后以同样的量喷洒一次；
土壤改良剂的使用方法为：在水稻播种前和抽穗期各使用一次，每次用量为700-1300kg/hm2(公顷)。
叶面喷施剂在喷洒时避开阳光直射猛烈的时间段以及水稻叶片带水的时间段，喷洒时间优选为上午9点以前或下午4点以后，喷洒液滴大小调节在80微米；土壤改良剂的两次总用量为1800～2200kg/hm2(公顷)。
依据本发明生产出的土壤改良剂的产品质量同时符合国家农业行业标准《有机肥料ny525-2012》和《生物有机肥ny884-2004》，产品主要指标如下：
1、有机质≥35％；
2、总养分(n+p2o5+k2o)≥5％；
3、有效活菌数(cfu)≥0.2亿/克；
4、水分≤2％；
5、粒度(2.00mm～4.00mm)≥70％；
6、酸碱度(ph)5.5-8.5；
7、铁、锰、锌、硅等微量元素≥1％；
8、大肠杆菌0.1-0.01；
9、蛔虫死亡率0.95-1.00；
10、重金属值(mg/kg)≤220，其中：总镉(以cd计)≤3，总汞(以hg计)≤2，总铅(以pb计)≤50，总铬(以cr计)≤150，总砷(以as计)≤15。
11、产品保质期36个月。
本发明的叶面喷施剂和土壤改良剂具有如下优点：
(1)由于镉离子的迁移性很强，少数进入枝茎叶的镉离子必须通过叶面喷施，这些镉离子才能沉淀、固定，硅对镉的吸收机理是一种生理作用，硅还可以提高叶绿素含量，增加光合作用用，具有增产和抗病虫害的作用。钙是构成植物细胞壁的重要元素，是植物细胞质膜的重要组成部分，它还有中和酸性和解毒的作用，对一些有害离子会产生颉抗作用。钾对作物生长发育有多方面的作用，钾能增加细胞的膨压，使叶子气孔的保卫细胞富于弹性，调节气孔的张开和关闭。
(2)水稻使用后，经过对比实验，糙米含镉会降25％-50％(大米镉不超过0.2就足够，可以达到无公害要求了)。已有技术中受镉污染的糙米含镉量大于0.3mg/kg以上，作为叶面阻控剂或叶面肥，喷施后随风滑落是一个常见问题，使用本发明的叶面喷施剂，能够减少乃至充分防止这种情况的发生。喷施后能够粘在水稻的叶、茎、枝上，进入细肥吸收。在水稻分蘖期和幼穗形成期喷洒后，还有利于水稻增加穗粒数，千粒重，提高结实率。同时结合和土壤改良剂，水稻亩产增加10％以上。
(3)添加元素铁、镁、锌、硼、锰以及硒都是水稻及其他农作物所需的微量元素和有益元素，它虽然通过叶面吸收养分，但和根部吸收同样有效，且能更有效的调节植物体内酶的活性。含硒大米，含硒农产品对防治癌症、防治心血管疾病都有良好的作用，且产品价格能够增加10-30％。
(4)本发明对水稻以外的果树、蔬菜、茶叶、大枣、甘蔗、烟草等农作物都有降低重金属危害，提高品质和产量的作用。苹果喷施和使用后，甜度增加一级，表面光滑没有病斑，新疆大枣使用后开裂降80％左右，产量均提高10％以上。一般作物增产效果都在5％以上，有的作用物达30％。
(5)土壤改良剂的有机质降镉，一方面能提高土壤肥力，改良土壤性状，另一方面又可较好地减轻镉的生物有效性，可有效地抑制镉离子的迁移。
(6)本品使用后，见效快，利用率高。