《Polymer Bulletin》：Whole-biomass Ulva lactuca-derived soil-degradable mulch films for sustainable agriculture
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研究人员开发了一种可替代传统塑料的土壤可降解农业地膜，以全生物量浒苔（Ulva lactuca）为原料，经温和碱水解（mild alkaline hydrolysis）与溶液浇铸（solution casting）制备，省去了多糖提取与纯化步骤。通过调控双甘油
研究人员开发了一种可替代传统塑料的土壤可降解农业地膜，以全生物量浒苔（Ulva lactuca）为原料，经温和碱水解（mild alkaline hydrolysis）与溶液浇铸（solution casting）制备，省去了多糖提取与纯化步骤。通过调控双甘油（diglycerol, DG）作为生物基增塑剂、天然橡胶乳液（natural rubber latex, LX）作为疏水相的配比，获得最优配方：60 wt.% 浒苔、20 wt.% DG、20 wt.% LX，在力学性能、耐水性与土壤降解性之间取得平衡。膜材料经化学结构、形貌、热稳定性、光学性质、力学行为及水分相互作用表征；LX 提升柔韧性并降低水敏感性，同时维持高生物质含量。土壤掩埋试验显示两个月质量损失约 65%，呈渐进崩解。温室试验中，以意大利红菊苣（Cichorium intybus L.）为对象，浒苔基地膜较聚乙烯（polyethylene, PE）地膜与裸土对照表现出更大叶面积与更高生物量积累。结果表明，全浒苔生物质可直接转化为具备农艺功能的可降解覆盖材料，为常规农用塑料提供有前景的生物基替代方案。
研究背景与问题提出
传统低密度聚乙烯（low-density polyethylene, LDPE）地膜在农业中广泛用于保墒、抑草与防污，但不可降解，回收困难，焚烧或填埋会带来微塑料（microplastics）与纳米塑料污染，并伴随温室气体排放。现有商业可降解地膜多依赖工业堆肥条件，真正“土壤可降解”且全生物基的材料有限；淀粉、壳聚糖、海藻酸钠体系常需增强填料或与生物基聚酯共混，力学与阻隔性仍难媲美合成塑料。大型绿藻浒苔（Ulva lactuca）富含硫酸化多糖（ulvans）、蛋白与矿质，生长不占用淡水与耕地，此前海藻造粒研究多聚焦“提取多糖”或“低添加量填料”，资源利用率低。研究人员由此提出：能否不经提取纯化，将全生物量浒苔直接转化为高生物质含量、可土壤降解且兼具农艺增益的地膜。
研究开展与核心结论
研究人员采用温和氨水水解打破细胞结构，释放内源聚合物，再以双甘油（DG）增塑、天然橡胶乳液（LX）调控疏水性与柔性，通过溶液浇铸制得系列膜材，系统表征其结构与功能，并开展土壤崩解与温室作物验证。结果表明：最优 20DG20LX 配方（60% 浒苔 / 20% DG / 20% LX）兼顾柔韧、热稳与控水；土壤中两月失重约 65%；温室中红菊苣叶面积、鲜重与干重均高于 PE 地膜与裸土对照。该研究证明“全藻体零提取”路线可行，使地膜从单一覆盖功能拓展为覆盖—降解—潜在生物刺激（biostimulation）一体化材料。
关键技术方法概述
研究人员以西班牙生态农场脱水浒苔粉末为唯一生物质来源，经氨水温和碱水解获得水解悬浮液（HU）；以 DG 梯度（10/20/30 wt.%）优化增塑，再以 LX（10/20/30 wt.%）共混成膜。表征端采用衰减全反射傅里叶红外光谱（ATR-FTIR）解析分子间作用，扫描电镜（SEM）观察断面形貌，热重分析（TGA/DTGA）评估热分解，ASTM D638 拉伸测试获取杨氏模量、抗拉强度与断裂伸长率，并测定含水率（MC）、水溶性（WS）与水蒸气透过率（WVP）；光学上用紫外-可见光谱测光合有效辐射（PAR, 400–700 nm）透射率；土壤崩解采用网袋掩埋（60% 湿度，21±2 ℃）定期称重；温室以红菊苣为模型，设海藻膜、黑 PE 膜、裸土三处理各 10 盆，30 天后测叶面积、鲜/干重与 Fv/Fm 叶绿素荧光。
研究结果
优化增塑剂含量制备生物塑料
无 DG 的 HU 膜脆裂；DG 增加使膜更均匀柔顺，SEM 显示孔隙减少、结构致密。FTIR 表明 DG 羟基与藻体羟基/酰胺形成氢键。力学上，杨氏模量由 47.3 MPa（10DG）降至 21.5 MPa（30DG），断裂伸长率升至 21.5%；HU_20DG 在强度与柔性间最佳，故选作后续基材。TGA 显示 DG 提升热稳定性，MC 随 DG 上升但 WS 基本不变（48–53%）。
通过共混 LX 改善生物塑料性能
LX 增加提升透明度与表面平滑度，SEM 无相分离，FTIR 未见共价键仅物理混合。PAR 透射随 LX 升高：20% LX 低于 15%，30% LX 可达约 30%，深绿底色利于抑草。力学上模量与强度下降、伸长率增至 28%，呈现弹性体行为；20DG20LX 综合最优。热分析呈三段降解（水失、生物质、LX）。水分交互方面，MC 降至约 15%，WS 与 WVP 随 LX 降低，疏水相有效减缓水扩散，但仍保留适度水敏以促降解。
土壤崩解测试
取 20DG20LX 膜掩埋：7 天失重约 16%，15 天 62%，30 天 65.18% 且宏观完整无穿孔；60 天出现破裂碎片化并与土壤粘连，证实渐进式土壤崩解，但组分级降解机制未进一步解析。
温室地膜促生评价
红菊苣试验中，海藻膜叶面积较 PE 与裸土分别高 18% 与 16%；鲜重较裸土高 32%、较 PE 高 14%，干重同趋势。Fv/Fm 各处理均约 0.80，说明光系统 II 未受胁迫。增长可能源于覆膜保墒调温、抑草及藻体组分缓释，但营养释放动力学与根际变化未测，机制尚不能定性归因。ICP 证实膜含 K、Ca、Mg、P、Fe、Zn、Mn 等矿质，源自藻粉，但释放与吸收未验证。
讨论与结论翻译
讨论指出，该工作区别于“提取活性组分”思路，首次将全浒苔生物量直接制成可土壤降解地膜，并在受控温室中展现优于 PE 的促生表现；光学与水分特性支持其作为有色抑草覆盖物，LX 平衡了耐久与降解。局限在于田间变量未验证、降解机理与生物刺激贡献未拆解、长期耐候与养分迁移需后续研究。
结论部分翻译：
本研究以浒苔生物质经温和碱水解与溶液浇铸制备生物塑料膜，无需预先提取纯化多糖。所评配方中，含 20 wt.% 双甘油与 20 wt.% 天然橡胶乳液的膜在柔性、热稳定性与水分相关性能上最为均衡。土壤掩埋试验显示 20DG20LX 膜渐进失重，两月内约 65%。温室中，该地膜处理红菊苣叶面积与鲜、干生物量均高于聚乙烯地膜与无膜对照，表明海藻基地膜在测试条件下可影响植株表现。促生机制（土壤改良、养分释放或膜降解效应）尚未阐明，需进一步研究。总体而言，结果证明了全浒苔生物质转化为土壤可降解地膜的可行性，并为农业用海藻基材料研究奠定基础。
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