近日，资环所农业废弃物资源化利用创新团队在有机固废肥料化领域取得重要进展。研究发现，微量添加低成本分子筛13X，可显著提升堆肥腐殖化效率与品质，并减少温室气体排放。该研究为破解传统堆肥难题提供了经济可行的新路径。研究成果“Catalytic and stimulative effects of molecular sieve 13X on promotedhumification during composting”在国际知名期刊‌ACS Sustainable Chemistry & Engineering (一区Top期刊，IF 8.0)上发表。团队青年骨干龙玉娇博士为文章的第一作者，靳红梅研究员为通讯作者。

图1 分子筛13X促进堆肥腐殖化效应与机理

       有机固体废弃物高效资源化利用是全球性的重要议题。‌好氧堆肥作为主流的废弃物资源化技术，其核心“腐殖化”过程产生的腐殖酸（HA）在改土培肥、抗逆促生、增产增效等方面发挥着关键作用。然而，传统好氧堆肥普遍面临腐熟周期长、腐殖酸品质低等技术瓶颈。研发高效、低成本且环境友好的促腐催化剂，已成为堆肥技术创新的重要任务。

       团队从堆肥腐殖质形成的多酚-美拉德反应机制出发，创新性地将低成本、富酸性位点、高催化活性及精准孔径选择性的沸石分子筛13X引入好氧堆肥体系。研究表明：仅添加0.05 wt.% 13X，即可使堆肥产物中的HA含量和胡富比分别显著提升18.1%和59.6%（图2），其添加量远低于传统生物炭等添加剂（~10%）。同时，13X引入还有助于减少堆肥CO2和CH4等温室气体的排放，实现了固碳增效与减排降污的双重效益。在堆肥高温期或降温期添加 13X，其腐殖化效果显著优于初始升温期添加。这是由于13X 的 13 Å孔径适合多酚、氨基酸等腐殖化前体小分子进入并发生“纳米限域催化”；而在升温初期，木质纤维素等大分子会堵塞孔道，抑制反应。待高温期大分子分解后，13X的限域催化效应得以充分发挥。

图2 分子筛13X对堆肥腐殖化的强化效应

       研究进一步阐释了13X强化腐殖化的化学与生物协同调控机制。化学催化：13X以其丰富的表面酸性位点，高效催化了堆肥核心反应——多酚-美拉德反应，推动氨基酸、还原糖、多酚等小分子前体快速聚合为结构稳定的腐殖酸。经 300℃热处理的 13X 因表面酸性最强，其催化效果最佳，腐殖酸产量较未处理 13X 提升近 20%，证实了酸性位点是化学催化的 “关键引擎”。生物调控：13X 富集功能菌群激活生物转化，显著提升了与腐殖化过程密切相关的特定功能细菌（如Truepera, Pusilimonas, Longimicrobiaceae,Vulgatibacter等）的相对丰度，这些功能菌群加速有机质分解为小分子前体，同时推动前体向腐殖酸转化，形成 “分解-合成” 的生物循环闭环。

       综上，研究系统阐明了分子筛13X作为新型堆肥促腐剂的作用机制，为解决传统堆肥难题提供了坚实的科学依据与极具推广应用前景的绿色技术路径，有望赋能农业废弃物资源化与农业可持续发展。

       本研究得到了国家重点研发计划、江苏省农业科技自主创新资金项目和江苏省自然科学基金的资助。

       文章链接：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.5c05525