本发明涉及有机肥技术领域，更具体地，涉及一种可吸附土壤中镉的生物炭有机肥及其制备方法。
背景技术
近年来随着工业的大力发展，产生了大量工业废物，特别是工厂附近废水、废气的排放导致周边区域土壤遭受重金属的严重污染。土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性、不可逆性和污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解的特点，并可经水、植物等介质最终影响人类健康。
20世纪初发现镉以来，镉的产量逐年增加。镉广泛应用于电镀工业、化工业、电子业和核工业等领域。镉用在电池、染料或塑胶稳定剂，它比其它重金属更容易被农作物所吸附。相当数量的镉通过废气、废水、废渣排入环境，造成污染。炼铝厂附近及其下风向地区土壤中含镉浓度很高，造成土地荒废。含镉废渣堆积，使镉的化合物进入土壤和水体。磷肥的施用面广而且量大，所以，从长远来看，土壤、作物和食品中来自磷肥和某些农药的镉，可能会超过来自其他污染源的镉。
同时，中国畜牧业的发展已步入规模化、产业化的发展阶段，规模化养殖生产过程中排放大量粪污，目前，畜禽养殖污染物排放已位居全国重点污染排放领域之首。由于养殖方式的改变及商家对利益的追求，一些重金属元素被广泛应用于饲料添加剂，而畜牧对重金属的吸收利用率极低，大多进入到了畜禽粪便中，因此，畜禽粪便的重金属污染问题变得十分严重，调查表明，畜禽粪便中重金属镉等元素普遍超过排放标准，利用畜牧粪便制备的有机肥虽然可以补充农作物所需营养，但是一定程度上也给土壤带来了重金属。
媒体也多次报道，多地水稻出现严重的镉超标事件，给农副工企业带来巨大影响。土壤中的镉等重金属是无法自然分解的，土壤中重金属量越高，进入农作物中的越高。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是针对现有土地中镉污染严重，畜牧粪便制备的有机肥易加剧土地重金属污染的缺陷，提供一种可吸附土壤中镉的生物炭有机肥。
本发明还一要解决的技术问题是提供所述可吸附土壤中镉的生物炭有机肥的制备方法。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种可吸附土壤中镉的生物炭有机肥包括以下组份：畜牧粪便、微生物添加剂、培养基、菌渣和生物炭；所述生物炭包括以下组分植物纤维、石蜡、糊精和白糖；所述植物纤维为种子纤维、树皮纤维、木质纤维中的一种；所述生物炭有机肥中有机质含量≥42％。
石蜡有助于植物纤维压制过程中定型，同时，在炭化过程中，由于石蜡排出而形成大量的孔洞，有利于提高制品的吸附能力；通过加入白糖和糊精，白糖和糊精的粘结性能能够促进纤维成块，提高生物炭的强度，同时，白糖炭化后，能够提升制品吸附离子的能力，糊精炭化后，也有利于吸附能力的提升。
生物炭进入土壤不但能提高土壤肥力，因为其蜂窝状颗粒成为水分和肥料的储存库，可以持久改善土壤质量，促使其成为黑土。
进一步地，所述生物炭有机肥包括以下重量组份：畜牧粪便100份、微生物添加剂0.5～10份、培养基15～30份、菌渣10～20份和生物炭30～45份；所述生物炭中植物纤维、石蜡、糊精和白糖的质量份数比为100:1～3:1～3:1～3。
优选地，所述生物炭有机肥包括以下重量组份：畜牧粪便100份、微生物添加剂4～6份、培养基18～24份、菌渣12～18份和生物炭35～40份；所述生物炭中植物纤维、石蜡、糊精和白糖的质量份数比为100:2:2:2。
进一步地，所述微生物添加剂为：腐熟剂和em微生物菌剂、黑曲霉菌剂、枯草芽孢杆菌、植物乳杆菌中的一种或几种；
优选地，所述微生物添加剂为腐熟剂和em微生物菌剂。
进一步地，所述植物纤维为番木瓜种子纤维、棉纤维、木棉纤维、椰壳纤维、橡树皮纤维、橡树纤维、松木纤维、松树皮纤维中的一种或几种。
进一步地，所述培养基每升组分如下：牛肉膏3.0g、蛋白胨10.0g、氯化钠5.0g、琼脂15～25g，水定容至1升，ph为7.4～7.6。
进一步地，所述生物炭有机肥具体包括以下制备步骤：
s1.将植物纤维粉碎、烘干，再与石蜡、糊精和白糖混合均匀，压制成纤维块，放入炭化装置中进行真空炭化处理，得生物炭；
s2.将微生物添加剂和培养基混合均匀，静置，得到微生物液态肥；
s3.按重量分数分别称取畜牧粪便、菌渣和步骤s1制得的生物炭粉碎后过筛，混合均匀，投入发酵池中，并加入步骤s2制得的微生物液态肥，密封发酵，得到发酵料；
s4.向步骤s3所得发酵料中充入新鲜空气，使温度控制在55～64℃，翻抛，待发酵料降温，含水率降低，结束发酵即得生物炭有机肥湿料；
s5.将步骤s3所得生物炭有机肥湿料制粒、干燥即得生物炭有机肥。
进一步地，步骤s1中所述纤维块密度为0.5～1.2kg/m3，烘干后的植物纤维含水率为8～15％。
进一步地，步骤s2中所述静置时间为1～2h；步骤s3中所述发酵温度为30～50℃，发酵料含水率为55～65％，
优选地，步骤s3中所述发酵温度为48℃，发酵料含水率为60％。
进一步地，步骤s3中所述密封发酵时间为16～30天；优选地，所述密封发酵时间为21天。
进一步地，步骤s4所述翻抛次数为每7天1次，所述发酵料降温温度为30℃以下，所述发酵料含水率降低为22～31％。
本发明具有以下有益效果：
本发明创造性的通过将种子纤维、树皮纤维或木质纤维高度炭化后形成具有较多大小孔洞的高吸附性生物炭，种子纤维、树皮纤维或木质纤维制备而成的生物炭表面负电荷之间的静电作用、金属阳离子与活性炭表面的电离质子的离子交换作用极易使镉离子与生物炭上的矿物质或官能团作用生成沉淀或络合物，从而钝化镉。
同时，将种子纤维、树皮纤维或木质纤维制备成的生物炭加入有机肥中，通过生物炭大孔和小孔协调作用，对有机肥中的重金属、络合物等具有强大的吸附和过滤能力，从而钝化畜牧粪便中的重金属，改善土壤重金属污染，防止重金属污染农作物。
土壤中重金属主要是以活性较高的离子态存在，容易进入到植物体内，将生物炭加入有机肥中一方面，生物炭对重金属进行吸附，另一方面，促使土壤中离子态的重金属钝化，重金属形成络合态，不容易进入植物体内，大大降低农作物中重金属的含量。
本发明所述制备方法充分利用畜牧粪便，变废为宝，绿色环保，工艺简单稳定，成本较低，条件温和，适合生物炭产业化的大规模生产。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1生物炭有机肥的制备包括以下制备步骤：
s1.将100份番木瓜种子纤维粉碎、烘干至含水率为12％，再与2份石蜡、2份糊精和2份白糖混合均匀，压制成密度为0.8kg/m3的纤维块，放入炭化装置中于250℃的条件下进行真空炭化处理10小时，得生物炭；
s2.将微生物添加剂0.5份(腐熟剂0.25份和em微生物菌剂0.25份)和15份培养基混合均匀，静置1h，得到微生物液态肥；
s3.按重量分数分别称取100份畜牧粪便、10份菌渣和步骤s1制得的生物炭粉30份粉碎后过筛，混合均匀，投入发酵池中，并加入步骤s2制得的微生物液态肥，于50℃条件下密封发酵16天，得到含水率为55％的发酵料；
s4.向步骤s3所得发酵料中充入新鲜空气，使温度控制在55℃，每7天翻抛1次，待发酵料降温至30℃以下，发酵料含水率降低至31％，结束发酵即得生物炭有机肥湿料；
s5.将步骤s3所得生物炭有机肥湿料制粒、干燥即得生物炭有机肥。
实施例2生物炭有机肥的制备包括以下制备步骤：
s1.将100份番木瓜种子纤维粉碎、烘干至含水率为12％，再与2份石蜡、2份糊精和2份白糖混合均匀，压制成密度为0.8kg/m3的纤维块，放入炭化装置中于250℃的条件下进行真空炭化处理10小时，得生物炭；
s2.将微生物添加剂4份(腐熟剂2份和em微生物菌剂2份)和18份培养基混合均匀，静置1.5h，得到微生物液态肥；
s3.按重量分数分别称取100份畜牧粪便、12份菌渣和步骤s1制得的生物炭粉35份粉碎后过筛，混合均匀，投入发酵池中，并加入步骤s2制得的微生物液态肥，于48℃条件下密封发酵21天，得到含水率为58％的发酵料；
s4.向步骤s3所得发酵料中充入新鲜空气，使温度控制在55～64℃，每7天翻抛1次，待发酵料降温至30℃以下，发酵料含水率降低至24％，结束发酵即得生物炭有机肥湿料；
s5.将步骤s3所得生物炭有机肥湿料制粒、干燥即得生物炭有机肥。
实施例3生物炭有机肥的制备包括以下制备步骤：
s1.将100份番木瓜种子纤维粉碎、烘干至含水率为12％，再与2份石蜡、2份糊精和2份白糖混合均匀，压制成密度为0.8kg/m3的纤维块，放入炭化装置中于250℃的条件下进行真空炭化处理10小时，得生物炭；
s2.将微生物添加剂5份(腐熟剂2.5份和em微生物菌剂2.5份)和20份培养基混合均匀，静置1.5h，得到微生物液态肥；
s3.按重量分数分别称取100份畜牧粪便、14份菌渣和步骤s1制得的生物炭粉38份粉碎后过筛，混合均匀，投入发酵池中，并加入步骤s2制得的微生物液态肥，于48℃条件下密封发酵21天，得到含水率为60％的发酵料；
s4.向步骤s3所得发酵料中充入新鲜空气，使温度控制在55～64℃，每7天翻抛1次，待发酵料降温至30℃以下，发酵料含水率降低至28％，结束发酵即得生物炭有机肥湿料；
s5.将步骤s3所得生物炭有机肥湿料制粒、干燥即得生物炭有机肥。
实施例4生物炭有机肥的制备包括以下制备步骤：
s1.将100份番木瓜种子纤维粉碎、烘干至含水率为12％，再与2份石蜡、2份糊精和2份白糖混合均匀，压制成密度为0.8kg/m3的纤维块，放入炭化装置中于250℃的条件下进行真空炭化处理10小时，得生物炭；
s2.将微生物添加剂6(腐熟剂3份和em微生物菌剂3份)和24份培养基混合均匀，静置1.5h，得到微生物液态肥；
s3.按重量分数分别称取100份畜牧粪便、18份菌渣和步骤s1制得的生物炭粉40份粉碎后过筛，混合均匀，投入发酵池中，并加入步骤s2制得的微生物液态肥，于48℃条件下密封发酵21天，得到含水率为61％的发酵料；
s4.向步骤s3所得发酵料中充入新鲜空气，使温度控制在55～64℃，每7天翻抛1次，待发酵料降温至30℃以下，发酵料含水率降低至28％，结束发酵即得生物炭有机肥湿料；
s5.将步骤s3所得生物炭有机肥湿料制粒、干燥即得生物炭有机肥。
实施例5生物炭有机肥的制备包括以下制备步骤：
s1.将100份番木瓜种子纤维粉碎、烘干至含水率为12％，再与2份石蜡、2份糊精和2份白糖混合均匀，压制成密度为0.8kg/m3的纤维块，放入炭化装置中于250℃的条件下进行真空炭化处理10小时，得生物炭；
s2.将微生物添加剂10(腐熟剂5份和em微生物菌剂5份)和30份培养基混合均匀，静置2h，得到微生物液态肥；
s3.按重量分数分别称取100份畜牧粪便、10～20份菌渣和步骤s1制得的生物炭粉40份粉碎后过筛，混合均匀，投入发酵池中，并加入步骤s2制得的微生物液态肥，于30℃条件下密封发酵30天，得到含水率为65％的发酵料；
s4.向步骤s3所得发酵料中充入新鲜空气，使温度控制在64℃，每7天翻抛1次，待发酵料降温至30℃以下，发酵料含水率降低至22％，结束发酵即得生物炭有机肥湿料；
s5.将步骤s3所得生物炭有机肥湿料制粒、干燥即得生物炭有机肥。
对比例1有机肥的制备包括以下制备步骤：
s1.将微生物添加剂5份(腐熟剂2.5份和em微生物菌剂2.5份)和20份培养基混合均匀，静置1.5h，得到微生物液态肥；
s2.按重量分数分别称取100份畜牧粪便、14份菌渣粉碎后过筛，混合均匀，投入发酵池中，并加入步骤s1制得的微生物液态肥，于48℃条件下密封发酵21天，得到含水率为60％的发酵料；
s3.向步骤s3所得发酵料中充入新鲜空气，使温度控制在55～64℃，每7天翻抛1次，待发酵料降温至30℃以下，发酵料含水率降低至28％，结束发酵即得生物炭有机肥湿料；
s4.将步骤s3所得生物炭有机肥湿料制粒、干燥即得生物炭有机肥。
对比例2生物炭有机肥的制备
s1.将100份水稻秸秆纤维粉碎、烘干至含水率为12％，再与2份石蜡、2份糊精和2份白糖混合均匀，压制成密度为0.8kg/m3的纤维块，放入炭化装置中于250℃的条件下进行真空炭化处理10小时，得生物炭；
s2.将微生物添加剂5份(腐熟剂2.5份和em微生物菌剂2.5份)和20份培养基混合均匀，静置1.5h，得到微生物液态肥；
s3.按重量分数分别称取100份畜牧粪便、14份菌渣和步骤s1制得的生物炭粉38份碎后过筛，混合均匀，投入发酵池中，并加入步骤s2制得的微生物液态肥，于48℃条件下密封发酵21天，得到含水率为60％的发酵料；
s4.向步骤s3所得发酵料中充入新鲜空气，使温度控制在55～64℃，每7天翻抛1次，待发酵料降温至30℃以下，发酵料含水率降低至28％，结束发酵即得生物炭有机肥湿料；
s5.将步骤s3所得生物炭有机肥湿料制粒、干燥即得生物炭有机肥。
对比例3生物炭有机肥的制备
s1.将100份番木瓜种子纤维粉碎、烘干至含水率为12％，再与5份石蜡、5份糊精和5份白糖混合均匀，压制成密度为0.8kg/m3的纤维块，放入炭化装置中于250℃的条件下进行真空炭化处理10小时，得生物炭；
s2.将微生物添加剂5份(腐熟剂2.5份和em微生物菌剂2.5份)和20份培养基混合均匀，静置1.5h，得到微生物液态肥；
s3.按重量分数分别称取100份畜牧粪便、14份菌渣和步骤s1制得的生物炭粉38份碎后过筛，混合均匀，投入发酵池中，并加入步骤s2制得的微生物液态肥，于60℃条件下密封发酵14天，得到含水率为60％的发酵料；
s4.向步骤s3所得发酵料中充入新鲜空气，使温度控制在55～64℃，每7天翻抛1次，待发酵料降温至30℃以下，发酵料含水率降低至28％，结束发酵即得生物炭有机肥湿料；
s5.将步骤s3所得生物炭有机肥湿料制粒、干燥即得生物炭有机肥。
对比例4生物炭有机肥的制备
s1.将100份番木瓜种子纤维粉碎、烘干至含水率为12％，再与2份石蜡、2份糊精和2份白糖混合均匀，压制成密度为1.2kg/m3的纤维块，放入炭化装置中于250℃的条件下进行真空炭化处理10小时，得生物炭；
s2.将腐熟剂5份和15份培养基混合均匀，静置1.5h，得到微生物液态肥；
s3.按重量分数分别称取100份畜牧粪便、8份菌渣和步骤s1制得的生物炭粉20份碎后过筛，混合均匀，投入发酵池中，并加入步骤s2制得的微生物液态肥，于60℃条件下密封发酵14天，得到含水率为60％的发酵料；
s4.向步骤s3所得发酵料中充入新鲜空气，使温度控制在55～64℃，每7天翻抛1次，待发酵料降温至30℃以下，发酵料含水率降低至28％，结束发酵即得生物炭有机肥湿料；
s5.将步骤s3所得生物炭有机肥湿料制粒、干燥即得生物炭有机肥。
对以上实施例和对比例中制备的生物炭有机肥通过采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定(optima5300dv型光谱仪)重金属镉含量，数据如表1所示。本发明制备的生物炭有机肥中镉含量明显低于对比例。
表1有机肥中重金属含量检测
应用试验
为验证本发明制备的生物炭有机肥料在水稻上大面积示范应用的实际效果，申请人选择在水稻种植基地上进行了试验示范。
1材料与方法
1.1供试地点1设在水稻基地内，试验地面积4.5亩，土壤肥力水平较均匀。
1.2供试作物1水稻，株行距0.2m*0.2m，长势中庸且一致。
1.3每个供试地点均对应1个试验处理，每个试验处理面积为0.5亩，共有9个试验处理：
①实验1组：种植水稻幼苗前施用一次实施例1制备的生物炭有机肥料，每次20kg/亩。
②实验2组：种植水稻幼苗前施用一次实施例2制备的生物炭有机肥料，每次20kg/亩。
③实验3组：种植水稻幼苗前施用一次实施例1制备的生物炭有机肥料，每次20kg/亩。
④实验4组：种植水稻幼苗前施用一次实施例1制备的生物炭有机肥料，每次20kg/亩。
⑤实验5组：种植水稻幼苗前施用一次实施例1制备的生物炭有机肥料，每次20kg/亩。
⑥对照1组：种植水稻幼苗前施用一次对比例1制备的生物炭有机肥料，每次20kg/亩，其他施肥措施同处理①。
⑦对照2组：种植水稻幼苗前施用一次对比例2制备的生物炭有机肥料，其他施肥措施同处理①。
⑧对照3组：种植水稻幼苗前施用一次对比例3制备的生物炭有机肥料，其他施肥措施同处理①。
⑨对照4组：种植水稻幼苗前施用一次对比例4制备的生物炭有机肥料，其他施肥措施同处理①。
实验组和对照组均按当地常规栽培技术进行管理。试验各处理以每0.5亩为小区，管理一致。2结果与分析
对以上应用试验中施肥后的土壤进行检测，每个试验组随机抽取5个点检测，每个点抽取1kg土壤进行检测；标准土壤为未施肥的当地土壤，通过采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定(optima5300dv型光谱仪)土壤中重金属含量进行检测，标准土壤为未施肥前的土壤重金属含量，结果如表2所示。本发明制备的生物炭有机肥应用到农田中可显著降低土壤重金属镉的含量，相比使用对比例中的有机肥，其金属钝化效果明显。
表2土壤中重金属含量检测
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。