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近年来,由于城市扩张和水土流失导致耕地面积不断减少,粮食压力不断加重,农业生产越来越依赖使用农用材料(包括化肥)来提高粮食产量,以减轻耕地减少带来的压力。但是传统农用材料养分含量低、易流失且利用率低,此时研发高养分含量、高元素利用率、增产增收、绿色环保的新型农用材料迫在眉睫。为了改善传统农用材料的缺点,缓控释材料应运而生,并得到广泛应用。但是目前使用的各种缓控释材料也存在不足之处。例如脲甲醛缓控释材料的缺点有降解周期过长,氮素利用率低且营养成分单一;包膜型缓控释材料的成本高昂且膜材料不易降解,会造成环境污染。基于此,人们尝试将生物降解高分子材料作为农用材料使用。生物降解高分子材料的营养成分丰富,在土壤中可被水和微生物降解来释放营养成分,没有降解残留物,绿色环保。本论文以纳米功能复合材料山西省重点实验室研发的含多种营养元素生物降解聚合物复合材料为研究对象,分别研究不同硅酸钠或硼酸添加量对材料组成结构的影响,并通过番茄盆栽实验研究其降解机理、养分缓释特性和实际应用效果。具体研究内容和结果如下:(1)研究了添加硅酸钠对含氮磷钾硅生物降解聚合物复合材料(Si-PSRF-1和SiPSRF-2)组成结构的影响,并利用番茄盆栽实验研究Si-PSRF-1和Si-PSRF-2的组成结构对其生物降解性能、养分缓释特性和盆栽应用效果的影响。研究结果表明:添加硅酸钠会增加Si-PSRF-1和Si-PSRF-2中低分子量PSRF的含量并引入硅酸凝胶,且硅酸钠添加量越多,低分子量PSRF和硅酸凝胶含量越高。低分子量PSRF含量的增加,会导致Si-PSRF-1和Si-PSRF-2中养分释放速率的增加;硅酸凝胶的疏水性会阻碍水和微生物对材料的降解,导致Si-PSRF-1和Si-PSRF-2在前期的养分释放速率降低。施加含硅聚合物复合材料可有效调节土壤理化性质,增加土壤中养分含量,从而为番茄的生长提供充足养分;施加含硅聚合物复合材料可促进番茄的光合作用,进而促进番茄对土壤中养分的吸收。番茄元素累积量随硅酸钠添加量的增加而增加。施加含硅聚合物复合材料可有效提高番茄产量和番茄品质。(2)研究添加硼酸对含氮磷钾硼生物降解聚合物复合材料(B-PSRF-1和B-PSRF-2)组成结构的影响,利用番茄盆栽实验研究B-PSRF-1和B-PSRF-2的组成结构对其生物降解性能、养分缓释特性和盆栽应用效果的影响。研究结果表明:低硼酸添加量的B-PSRF-1含有较多高分子量PSRF,结晶度高,因此其降解速度在前期较慢;当结晶区内PSRF暴露于水中后,降解速率增加。高硼酸添加量的B-PSRF-2含有更多高分子量PSRF,前期降解速率应比B-PSRF-1慢;但过量硼酸会在B-PSRF-2中形成比BPSRF-1更多的空洞,导致B-PSRF-2的降解速率增加。因此,随着硼酸添加量的增加,材料的降解性能和养分缓释特性发生非线性变化。施加含硼聚合物复合材料可以促进番茄根系的发育,从而提高番茄对养分的吸收速率,导致材料中氮磷元素的利用率增加。番茄元素累积量与硼酸添加量成正比。施加含硼聚合物复合材料可有效提高番茄产量,但对番茄品质没有明显的影响。