黏土矿物介导腐殖酸固定化机制的多组学解析及其在堆肥增效中的应用

针对传统堆肥过程中腐殖酸(HA)合成效率低、矿化损失严重的问题，本研究通过添加黏土矿物(CL)，结合LC-MS和光谱技术揭示了黏土促进HA芳香化及官能团转化的分子机制。结果表明CL组HA含量提升23.8%，证实黏土通过促进氨基/羧基/酚羟基转化及小分子前体缩合实现HA固定，为优化堆肥工艺提供了新思路。

　　

农业废弃物处理正面临严峻挑战——每年产生的畜禽粪便和作物残体若采用就地焚烧等粗放方式处置，不仅导致CO₂
排放激增，更造成资源浪费。好氧堆肥虽能将有机废弃物转化为生物有机肥，但其核心产物腐殖酸(Humic Acid, HA)存在合成效率低、易矿化流失的瓶颈。HA作为土壤肥力的"黄金标准"，其稳定性直接决定堆肥品质和碳封存效果。传统解决方案如芬顿预处理虽能降解木质素，但成本高且产生有害副产物；而外添腐殖酸前体材料又面临供应不可持续的困境。

中国农业科学院团队另辟蹊径，选取山区废弃黄土作为黏土矿物添加剂，首次通过LC-MS联用光谱技术揭示了黏土介导HA固定的分子机制。研究发现，黏土的层状结构不仅能吸附HA，更通过促进芳香环缩合和官能团互变（如氨基/羧基/酚羟基合成），使HA含量提升23.8%。这种"变废为宝"的策略既解决了废弃物处置难题，又实现了HA的高效稳定化，相关成果发表于《Environmental Research》。

研究采用LC-MS(液相色谱-质谱联用)解析HA分子组成，结合紫外-可见光谱、荧光光谱等技术表征结构特征。以小麦秸秆和鸡粪为原料设立对照组(CK)与黏土添加组(CL)，监测60天堆肥过程中腐殖物质动态变化。

Dynamics of humus and its component concentrations
光谱数据表明，CK组HA因矿化损失下降4.04%，而CL组通过黏土吸附使HA保留率显著提高。LC-MS揭示CL组HA的芳香度指数(HIX)提升1.8倍，证实黏土促进小分子前体缩合为复杂芳香结构。

Conclusion
黏土矿物通过三重机制固定HA：①物理吸附减少矿化流失；②催化酚羟基/羧基等官能团转化；③加速木质素衍生单体缩合为HA大分子。该研究为农业废弃物资源化提供了低成本解决方案——每吨堆肥添加10%废弃黄土即可提升HA产量近1/4，兼具生态与经济价值。

讨论
相较于传统蒙脱石等高价黏土，废弃黄土的应用突破了材料成本瓶颈。研究首次从分子互作层面阐明黏土-HA固定机制，为设计"碳友好型"堆肥工艺提供了理论依据。未来可进一步优化黏土改性工艺，开发针对不同废弃物的定制化添加剂。